基于力矩测量的交流伺服工作台摩擦识别与补偿控制

摘要

本文阐述了国内外应用摩擦学研究的发展现状，总结了摩擦模型研究取得的成果，概述了摩擦控制方面的研究进展及应用状况，特别介绍了交流伺服进给系统中的摩擦力研究情况。文章指出，摩擦力的测量与识别是一项艰巨的任务，传统的测量方法在数控工作台中难以实现，为此，设计了一种新的应变式扭矩传感器，用于测量交流伺服电机的传递扭矩，通过分析交流伺服工作台的进给系统数学模型，建立了机械传动的动力学方程及交流电机的矢量控制模型，进一步导出了通过传递扭矩信号计算工作台摩擦力的数学表达式；采用所设计的扭矩传感器进行了扭矩测量实验，运用信号处理技术对实验结果进行了分析处理；利用得到的摩擦力数据对Stribeck摩擦模型的参数进行了辨识。本文分析了XY工作台爬行的物理模型和数学模型，对产生爬行的临界速度进行了估计，并通过实验观察了工作台的爬行现象及相关因素的影响状况。为了降低爬行现象对工作台跟踪精度的影响，提出了采用滑模变结构控制和基于摩擦模型前馈补偿相结合的控制策略。仿真和实验结果表明，采用这种控制策略可以有效地降低位置跟踪误差，从而可以大大地降低爬行现象的影响。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第1章绪论

1.1研究背景、目的和意义

1.2摩擦及控制研究的发展现状

1.2.1摩擦特性的研究

1.2.2摩擦模型研究状况

1.2.3摩擦控制策略研究状况

1.2.4伺服进给工作台系统中的摩擦控制研究

1.3论文的选题依据

1.4论文的主要研究内容及组织结构

第2章滚珠丝杠螺距误差动态测量与补偿

2.1概述

2.2基于激光多普勒测量仪的螺距误差动态测量及误差分析

2.2.1实验系统介绍

2.2.2螺距误差动态测量原理

2.2.3螺距误差测量结果和误差分析

2.3滚珠丝杠螺距误差的动态补偿

2.4本章小结

第3章基于扭矩信号测量的摩擦识别研究

3.1交流伺服系统实验设备介绍

3.2测量传递扭矩的传感器设计

3.2.1集流环式扭矩传感器及测试实验

3.2.2静动态扭矩传感器

3.3交流伺服进给系统摩擦识别数学模型

3.3.1工作台机械传动机构动力学模型

3.3.2交流伺服电机矢量控制数学模型

3.4传递扭矩测量实验及摩擦识别

3.4.1传递扭矩测量实验及结果分析

3.4.2滤波器设计及信号处理

3.5摩擦模型参数辨识及仿真研究

3.5.1Stribeck摩擦模型参数辨识

3.5.2基于Stribeck摩擦模型的交流伺服系统仿真实验

3.6本章小结

第4章基于传递扭矩和伺服电流的摩擦特征信息研究

4.1矢量控制下驱动力矩和伺服电流之间的关系

4.2扭矩信号和伺服电流信号中奇异点存在性分析

4.3小波分析检测奇异点原理

4.3.1信号的奇异性

4.3.2小波变换与奇异性判定

4.4扭矩信号和电流信号中奇异点的实验研究

4.4.1实验装置

4.4.2奇异点检测及分析结果

4.5静、动摩擦区域转变的判定依据

4.6奇异点发生时刻与加速度之间关系的实验验证

4.7本章小结

第5章基于粘弹性理论的摩擦建模研究

5.1摩擦接触表面微观结构分析

5.2基于粘弹性材料假高的摩擦建模

5.2.1预滑动摩擦模型

5.2.2滑动摩擦模型

5.2.3综合摩擦模型

5.3基于摩擦模型反馈补偿的仿真实验

5.4本章小结

第6章交流伺服工作台的爬行分析及补偿控制

6.1概述

6.2工作台的爬行模型分析

6.2.1工作台爬行物理模型

6.2.2工作台爬行数学模型

6.3爬行临界速度的估计

6.4工作台爬行现象的实验研究

6.4.1工作台爬行实验装置

6.4.2爬行实验结果及分析

6.5基于麻擦补偿的工作台爬行控制

6.5.1滑模变结构控制简介

6.5.2交流伺服工作台的简化数学模型

6.5.3变结构控制和摩擦前馈补偿的组合控制策略

6.5.4基于摩擦补偿控制的仿真研究

6.5.5实验研究

6.6本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢