液压机械臂在重载任务中至关重要,但在精细化作业中却普遍存在“力量够大、精细不足”的问题。无论采用全自主还是半自主的作业方式,精密运动控制都是实现精细作业的首要基础。液压机械臂多采用液压缸直动推动关节转动的非线性驱动关节构型,摩擦分别来自液压缸和转动轴,但现研究大多忽略直动摩擦而仅考虑转动摩擦,因而运动控制中的摩擦补偿不到位。建立了面向模型补偿控制的液压机械臂非线性驱动关节动力学模型,全面考虑液压缸和转动轴的摩擦特性,进而提出摩擦补偿控制方法。结合基于最小二乘的在线参数自适应律,设计了直接/间接自适应鲁棒控制器。最后开展多组仿真对比,验证所提控制方法对液压机械臂驱动关节控制精度的提升效果。

为了提高比例多路阀输出流量的稳定性，以负载敏感比例多路阀为研究对象，利用Stribeck模型分析了摩擦颤振补偿机理，采用功率键合图理论搭建了先导阀-主阀数学模型，利用该模型并结合对该模型的仿真获得了颤振信号作用下该阀的稳态特性，最后通过试验研究和功率谱分析验证了颤振信号对比例多路阀流量波动的影响规律。研究结果表明比例多路阀的流量波动程度随颤振信号频率的增大而减小且减小幅度不断降低，随颤振信号振幅的增大而增大且两者近似呈线性关系;波动频率和颤振信号频率保持一致。可适度提高颤振信号的频率或降低其幅值，以提高比例多路阀输出流量稳定性，实现执行机构平稳运行。研究结果为比例多路阀的研究和性能优化提供了参考依据。

为提高数控机床伺服系统的控制精度,对X-Y数控工作台高精度控制中的摩擦补偿和外部扰动的补偿进行了研究。建立了基于动态Lu Gre摩擦的伺服系统模型,提出了设计一个非线性双观测器来估计Lu Gre模型内部的不可测的状态,并通过自适应鲁棒控制器来实现未知的摩擦和负载转矩的补偿,同时设计神经网络观测器补偿外部扰动;利用LYapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,有效地解决非线性摩擦和扰动的影响,提高系统的跟踪精度和鲁棒性。

为克服机电伺服系统的摩擦以及其它力矩干扰问题,提出一种基于LuGre模型的摩擦前馈补偿和基于扰动观测器反馈补偿的复合控制策略。以某型号惯性稳定平台的单轴转台为例,首先对单轴转台进行建模分析,根据不变性原理,设计摩擦前馈补偿控制,再根据观测器输入和输出之间存在的数学关系,利用陀螺反馈的角速度信号,设计了基于扰动观测器的力矩补偿控制,最后在试验平台上,采用位置环为离散增量式PID算法,速度环为抗积分饱和PI算法,对提出的复合控制方法进行验证分析。稳定平台的实验结果表明所设计的惯性稳定平台控制系统能有效地抑制机电伺服系统中的摩擦及其它力矩干扰因素,一定程度上提高了惯性稳定平台的稳定性和动态跟踪性能。

针对工作台在快速进给过程中存在的超调现象,考虑负载对位置伺服系统的影响,提出了工作台神经网络控制策略。设计了工作台的机械结构并建立了数学模型,对位置伺服系统设计了神经网络控制器,并且采用了摩擦补偿。进行了神经网络的MATLAB仿真研究,结果表明该方法有效地抑制了工作台在快速进给过程中的超调现象,实现了位置的精确控制,验证了控制策略具有较好的鲁棒性。

针对阀控中空液压摆动马达系统，建立数学模型；基于LuGre动态摩擦模型，设计摩擦状态观测器；在此基础上，通过提出带状态观测的滑模变结构控制算法进行大摩擦力矩动态补偿控制，并进行了试验研究。结果表明：所设计的摩擦状态观测器可以较好地估计摩擦力矩，基于状态观测的滑模变结构控制算法可以实现大摩擦力矩下的高精度轨迹跟踪，相比无状态观测的滑模控制，轨迹跟踪精度提高1个数量级以上。

为提高大型液压机驱动系统控制精度,提出了基于改进型Lu Gre摩擦模型的补偿控制方法。建立了液压机驱动系统的动力学模型,通过改进型Lu Gre模型来描述液压机的综合摩擦特性。分别设计了PID控制器、2自由度PID控制器以及模糊自适应控制器,通过仿真实验验证了补偿方案的有效性,并对比分析了3种补偿控制方案的效果。仿真结果表明:采用模糊自适应补偿控制方案效果最优,2自由度PID补偿控制方案次之,常规PID补偿效果最差。当以正弦运动作为驱动系统的输入信号时,采用模糊控制补偿方案的速度跟踪均方误差(Mean Square Error,MSE)能从PID补偿方案的5.771×10-3减小至5.903×10-4。采用模糊自适应补偿方案能有效地抑制摩擦对液压机驱动系统低速性能的不利影响,可显著提高其动态跟踪性能。

面向汽车制动系统需求,提出一种新型线控制动系统——集成式电子液压制动系统（Integrated-electro-hydraulic brake system,I-EHB）,由电动机、滚珠丝杠副、次级主缸、踏板模拟器、踏板位移传感器和液压力传感器等部件组成。I-EHB液压力控制中系统存在摩擦等非线性因素的影响,造成时滞效应,控制精度低。针对该问题,将系统模型简化,采用Byrnes-Isidori标准型方法对系统进行分析,针对性地设计合理有效的控制算法对系统进行液压力控制,采用基于前馈-反馈控制和摩擦补偿的液压力控制算法。搭建试验平台,进行硬件在环台架试验,分别在不同幅值目标阶跃工况、不同频率的三角波和正弦工况以及梯形阶跃增减压工况下进行试验研究,以验证该控制算法在各种工况下的适应性。试验结果表明,采用该方法后系统响应速度快、控制精度高,系统性能得到明显改善。

液压伺服系统位置控制的结构和非结构的不确定性阻碍了其控制精度的提高。对于结构的不确定性可以采用非线性自适应控制以实现渐近跟踪性能。但在液压系统中经常会出现如非线性摩擦此类非结构的不确定性导致跟踪精度的降低。提出一种不完全微分反演变结构控制器实现基于摩擦补偿的液压伺服系统的位置控制。该控制器以反演设计为基础融入滑模变结构控制利用滑模变结构在滑动模态下对控制系统参数变化和外部干扰的完全不变性解决系统结构的不确定性问题;结合摩擦补偿解决系统非结构的不确定性问题;引入不完全微分弱化控制器的微分效应减小纯微分突变信号带来的干扰不完全微分产生的滤波效应可以抑制滑模变结构存在的抖振。从理论上证明了在各种不确定性存在的情况下系统的渐近跟踪性能仿真实验验证了所提出的控制策

超低速、高精度、高频响的液压转台性能提高受到动态非线性摩擦的影响。为提高液压转台的低速性能，通过分析液压转台单框动态摩擦特性，在建立转台摩擦的LuGre模型基础上，提出用一种基于LuGre模型的非线性白适应控制补偿液压转台动态摩擦。构造两个非线性观测器对液压转台LuGre摩擦状态进行精确估计，通过构造摩擦模型参数自适应率对摩擦力矩进行动态补偿，并利用Lyapunov方法证明了控制系统的全局渐近稳定性。对液压转台中框的仿真实验证明了该方法的正确性和优越性。