發(fā)布時間：2022-01-04 05:23

　　為抑制摩擦非線性因素對電動直線負(fù)載模擬器（ELLS）的影響,采用仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法分析摩擦對ELLS的影響。利用遺傳算法對系統(tǒng)中的摩擦模型進(jìn)行辨識,并得出了系統(tǒng)摩擦力與速度的關(guān)系;提出了一種摩擦前饋加變增益PID的混合控制方法,摩擦前饋用于消除摩擦對系統(tǒng)的影響,變增益PID用于進(jìn)一步抑制系統(tǒng)在低速時的相位滯后;進(jìn)行了對比仿真與實(shí)驗(yàn)。仿真分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:與傳統(tǒng)PID控制相比,采用摩擦前饋加變增益PID控制的ELLS加載波形畸變被抑制、加載誤差與相位滯后均明顯減少;所提出控制方法能夠較好地抑制摩擦對ELLS的影響,提高加載精度。 

【文章來源】：兵工學(xué)報(bào). 2019,40(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

耦合系統(tǒng)簡化結(jié)構(gòu)圖Fig．1Simplifiedstructureofcouplingsystem

??Vi為控制輸入電壓;L為舵機(jī)位移擾動;Tf為折算后的摩擦轉(zhuǎn)矩;Kt為轉(zhuǎn)矩系數(shù);KA為剛度系數(shù);Kv為放大系數(shù);Lm與Rm分別為電機(jī)等效電感與等效電阻;Jm為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量;Ke為反電動勢系數(shù);p為滾珠絲杠導(dǎo)程。根據(jù)(1)式～(4)式，可得出系統(tǒng)的開環(huán)控制框圖如圖2所示，圖2中iq為q軸輸入電流，Te為電磁轉(zhuǎn)矩，Tl為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，ωm為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，θm為電機(jī)輸出角位移，θl為實(shí)際角位移，F(xiàn)為輸出力。圖2ELLS開環(huán)控制框圖Fig．2BlockdiagramofELLSopen-loopcontrol1.2摩擦模型表述LuGre摩擦模型于20世紀(jì)90年代提出，與傳統(tǒng)的摩擦模型相比，LuGre摩擦模型不僅考慮了摩擦的靜態(tài)特性(靜摩擦、Coulomb摩擦、黏滯摩擦等)，還體現(xiàn)了摩擦的動態(tài)特性，例如摩擦的突變、停止－滑動等摩擦現(xiàn)象［17］。LuGre摩擦模型假設(shè)兩物體通過彈性鬃毛相接觸，并引入鬃毛變形量z來確定物體的摩擦狀態(tài)。本文將采用LuGre摩擦模型對ELLS系統(tǒng)中的摩擦進(jìn)行建模，其一般表達(dá)式［18－19］為dzdt=v－|v|g(v)z，(5)σ0g(v)=Fc+(Fs－Fc)exp［－(v/vs)2］，(6)Tf=p2(πσ0z+σ1dzdt+σ2)v，(7)式中:Fs為靜摩擦力;Fc為庫侖摩擦力;vs為Stri-beck特征速度;σ2為黏性摩擦系數(shù);σ0為鬃毛剛度;σ1為鬃毛阻尼系數(shù);v為相對運(yùn)行速度，在本系統(tǒng)中即為舵機(jī)運(yùn)行速度;g(v)由能表征Stribeck效應(yīng)的等式?jīng)Q定。?

的等式?jīng)Q定。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在恒定速度時，可認(rèn)為z為常數(shù)，結(jié)合(5)式可得z=sgn(v)g(v)．(8)綜合(6)式～(8)式，可得穩(wěn)態(tài)的LuGre摩擦模型，其表述［7－8］與傳統(tǒng)的Stribeck模型相同:Tf(v)=p2π(σ0g(v)sgn(v)+σ2v)=p2π(Fcsgn(v)+(Fs－Fc)sgn(v)·exp［－(v/vs)2］+σ2v)．(9)2摩擦對ELLS影響分析在潤滑良好的條件下，如圖3所示為典型的摩擦效應(yīng)曲線，其縱軸Ff為隨速度變化的摩擦力。由圖3中曲線可以看出:由于Stribeck效應(yīng)，在低速運(yùn)行時的摩擦力會反向增大;且當(dāng)系統(tǒng)低速換向時，系統(tǒng)中的摩擦力會突然產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)，其值在某一瞬間會達(dá)到最大靜摩擦力，進(jìn)而使系統(tǒng)中產(chǎn)生較大力矩的波動。圖3摩擦效應(yīng)曲線Fig．3Frictioneffectcurve2.1仿真分析參考文獻(xiàn)［7］，選取一定的摩擦模型參數(shù)代入(9)式并將摩擦模型引入數(shù)學(xué)仿真軟件MATLAB/Simulink仿真模型中，對含有摩擦模型的ELLS模型進(jìn)行Simulink仿真。仿真時，令舵機(jī)作幅值為1mm、頻率為1Hz(簡寫為1mm/1Hz)的正弦運(yùn)動，ELLS同步跟蹤幅值為2000N、頻率為1Hz(簡寫為2000N/1Hz)的正弦加載信號，仿真時引入舵機(jī)位置擾動補(bǔ)償，得到仿真結(jié)果如圖4所示。從圖4(a)中可看出，由于靜摩擦力的存在(見圖3中Fs)，當(dāng)舵機(jī)速度減速至0mm/s并反向啟動的瞬間，系統(tǒng)反向摩擦力突然增大，舵機(jī)在換向時的速度產(chǎn)生了波動。另外，從圖4(a)中可見，在t=0.25s時(舵機(jī)換向時)，由于摩

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本文編號：3567747