为减小非线性摩擦力对机床伺服系统运动控制精度的影响,对机床伺服系统摩擦特性进行研究,将改进灰狼算法应用于LuGre摩擦模型参数辨识,通过搭建伺服系统动力学模型进行摩擦前馈补偿仿真,并在三轴数控雕铣机试验平台进一步完成摩擦前馈补偿验证。结果表明应用基于改进灰狼算法辨识的LuGre摩擦模型前馈补偿方法,在两轴联动圆轨迹运动跟随过程中,低速运动换向时最大跟随误差下降幅度为67.7%,高速运动条件下误差下降幅度为84.0%,有效消除了非线性摩擦在速度换向过程中产生的负面影响,证明该方法在非线性摩擦力辨识方面具有优异的效果,有助于提高机床伺服系统的运动控制精度。

由于结构的特殊性,迟滞刚度和动态摩擦属于谐波齿轮传动的固有属性。传统模型将刚度考虑为定刚度或分段刚度模型,摩擦考虑为静态摩擦模型,这样的简化会导致谐波齿轮传动的动态分析精度下降。为了提高谐波齿轮传动的动态分析精度和传动性能,考虑非线性迟滞刚度和动态摩擦现象,提出了一种基于记忆特性迟滞刚度和LuGre动态摩擦的谐波齿轮传动动力学模型,建立了相应仿真模型,讨论了谐波齿轮参数对系统输出的影响。结果表明,“刚度迟滞现象”导致系统输出值减小,传动效率降低;传动刚度系数越大,系统越稳定;阻尼转矩系数越大,传动效率越低。

本文针对电液比例减压阀输出存在滞环的问题,对其工作原理进行了研究,建立了电液比例减压阀数学模型;采用LuGre摩擦模型描述摩擦力特性,得出了电液比例减压阀滞环与电流速率之间的关系;提出了一种分区间定值补偿方案,对电流速率进行了区间划分,拟合滞环逆曲线得到补偿值。仿真与实验结果表明,分区间定值补偿的方法对电液比例减压阀的滞环补偿效果达50%以上,有效改善了电液比例减压阀的输出特性。

广泛存在于机械系统中的摩擦现象在系统处于低速运动时会表现出复杂的强非线性特征,将大幅度降低系统位置控制性能,因此需要将摩擦现象进行模型化分析并纳入系统特性。对常见的摩擦模型进行了介绍和分析;并以能够较为全面描述摩擦现象丰富特性的LuGre摩擦模型作为基础,讨论并分析了其数学特性;采用遗传算法对其6个未知参数进行识别,设计了一种非线性摩擦力观测器。通过仿真与试验,对遗传算法的有效性和摩擦力观测器的效果进行了验证。试验

针对非线性摩擦力对精密Z轴伺服装配臂的动静态性能的影响,基于Lu Gre摩擦模型,提出了一种改进遗传算法对LuGre摩擦模型参数进行辨识,实现了由“分步辨识”到“一步辨识”的转变,并将辨识结果陷入局部最优的概率从0. 3左右降低到了0. 1以下,高效地获取了全局最优辨识结果,辨识误差也从10%左右降低到了3%以内,提高了辨识精度;同时,在Z轴伺服装配臂系统下对LuGre摩擦力设计了前馈补偿器进行补偿,仿真实验表明,基于LuGre摩擦模型的前馈补偿可有效消除非线性摩擦力对精密伺服系统的影响,从而提高精密Z轴伺服装配臂系统的动静态性能。