基于LuGre摩擦模型的伺服系统自适应鲁棒控制研究

摘要

随着科技进步和技术发展，对伺服系统性能的要求也大幅提升，摩擦非线性是影响伺服系统性能的一个重要因素，尤其是伺服系统的低速性能，容易造成波形畸变现象和爬行现象。
　　 本文针对伺服系统中摩擦非线性的影响，设计了基于LuGre摩擦模型的伺服系统自适应鲁棒控制器。首先对摩擦特性和模型进行了详细的分析，在此基础上，采用LuGre摩擦模型建立了伺服系统动力学模型。
　　 针对基于LuGre摩擦模型的伺服系统模型，分别设计了常规PID控制器和滑模控制器，进行了理论分析和仿真研究，仿真结果表明常规的PID控制的难以取得较好的低速性能，而滑模控制的输出控制量存在抖振现象。
　　 为了有效克服实际伺服系统中存在的摩擦非线性、参数不确定性、外界扰动和未建模动态，设计了自适应鲁棒控制器。该控制器包含三部分:自适应模型补偿部分、稳定反馈部分和鲁棒控制部分。首先对自适应控制部分和鲁棒控制部分分别进行了分析，并通过仿真验证了两者各自的优缺点:前者具有较高的跟踪精度，但是鲁棒性较差;后者具有较强的鲁棒性，但是有较大稳态误差。在此基础上，设计了自适应鲁棒控制器，理论分析表明，自适应鲁棒控制器能够有效克服摩擦非线性、系统不确定性和外界扰动的影响，跟踪误差在要求的范围内，仿真结果也验证了方法的有效性。进一步，考虑测量噪声对系统的影响，对自适应鲁棒控制方法进行改进，设计了期望补偿自适应鲁棒控制，有效抑制了测量噪声的影响，并通过仿真验证了它的有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 摩擦力现象及其描述

1．3 摩擦建模及补偿的发展和现状

1．3．1 摩擦建模

1．3．2 摩擦补偿

1．4 伺服系统及控制理论的发展和现状

1．5 本文所做的工作

2 伺服系统摩擦分析与建模

2．1 摩擦非线性对伺服系统性能的影响

2．2 含摩擦非线性的伺服系统建模

2．3 本章小结

3 PID控制和滑模控制设计

3．1 PID控制设计

3．2 滑模控制设计

3．3 本章小结

4 自适应鲁棒控制设计

4．1 自适应鲁棒控制问题

4．2 自适应控制(AC)设计

4．3 确定性鲁棒控制(DRC)设计

4．4 自适应鲁棒控制(ARC)设计

4．4．1 光滑映射

4．4．2 非光滑映射

4．5 自适应鲁棒控制的仿真研究

4．6 期望补偿自适应鲁棒控制(DCARC)设计

4．7 本章小结

5 总结

致谢

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