基于LuGre摩擦模型的气缸摩擦力实验研究

摘要

气缸作为气动系统中最常见的执行机构，以其结构简单、控制方便等优点，广泛应用于自动化生产中。近年来，随着微电子技术的飞速发展，气动技术与微电子技术相结合，气动伺服系统，特别是气缸位置伺服控制系统得到越来越广泛的应用，以满足工业设备的自动控制要求。然而，气动系统本身有不少不利于精确控制的弱点，其刚度比较差，非线性强。气缸的摩擦力特性，特别是低速状态下的摩擦力特性是影响其非线性的最主要因素之一，研究并掌握其特性对于更精确的伺服控制和爬行预测具有重要意义。
　　 对此，本课题综观国内外气缸摩擦力研究现状，在分析比较各种摩擦力模型和简要分析气缸摩擦力影响因素的基础上，结合实验室原有条件建立基于伺服电机的被动式气缸摩擦力测试台，实现被测气缸两腔气压与速度的独立控制。并以一无杆气缸和一单出杆气缸为例对其在不同气压、速度下的摩擦力进行测试分析，提出基于LuGre摩擦模型的各个动态和静态参数辨识和建模方法，并进一步研究供气压力和两腔压差对各个参数的影响，得出给定工作压力下被测气缸的摩擦力模型。最后根据实验结果，对于如何合理、有效率地测量和描述气缸摩擦力特性，提出了自己的一些有益建议。
　　 本论文主要分为四个章节：
　　 第一章本文的绪论部分，主要介绍了气动技术、气缸的特点和应用现状，以及国内外对气缸摩擦力的研究现状，并由此引出本论文的主要研究内容。
　　 第二章首先介绍了各种典型的摩擦现象，接着分析比较了现有的各种摩擦力静态和动态模型，简要分析了气缸摩擦力的影响因素，为摩擦力测试台的设计和测试结果提供理论依据。
　　 第三章详细描述了气缸摩擦力测试台的设计，包括其方案原理、硬件组成和软件设计。
　　 第四章以一无杆气缸和一单出杆气缸为例，对其在不同气压、速度下的摩擦力进行测试分析，研究供气压力和两腔压差对气缸的LuGre摩擦模型的各个动态和静态参数的影响。最后根据实验结果总结出如何合理、有效率地测量和描述气缸摩擦力特性的一些原则。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 引言

1.2 气缸摩擦力研究现状

1.2.1 气缸摩擦力概述

1.2.2 气缸摩擦力特性研究现状

1.3 研究意义和研究内容

1.3.1 研究意义

1.3.2 主要研究内容

2 摩擦力机理分析

2.1 摩擦现象

2.2 摩擦力模型简介

2.2.1 静态模型

2.2.2 动态模型

2.2.3 摩擦力模型小结

2.3 气缸摩擦力影响因素分析

2.4 本章小结

3 气缸摩擦力测试方法及测试台的设计和搭建

3.1 气缸摩擦力常见测试方法

3.2 基于电伺服驱动的气缸摩擦力测试方法及测试台方案

3.3 测试台的组成

3.3.1 气缸运动控制部件

3.3.2 气缸压力控制部件

3.3.3 力与位移检测部件

3.3.4 计算机接口部件

3.3.5 测试系统机械结构

3.4 系统软件设计

3.4.1 软件需求分析

3.4.2 软件功能模块及界面

3.4.3关键技术功能的实现

3.4 本章小结

4 气缸摩擦力实验研究

4.1 稳态动摩擦力测试方法研究

4.1.1 常规测试方法存在的问题

4.1.2 重复性实验结果分析

4.1.3 稳态摩擦力测试改进方法

4.2 气缸的LuGre摩擦力模型参数辨识方法

4.2.1 静态参数的辨识

4.2.2 动态参数的辨识

4.3 气压对LuGre摩擦力模型的影响

4.3.1 气压对静态参数的影响

4.3.2 气压对动态参数的影响

4.3.3 摩擦力完整模型及其验证

4.4 气缸摩擦力测试规范方法

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

作者简历