[发明专利]一种气动位置伺服系统自适应反演摩擦补偿控制方法

说明书

本发明公开了一种气动位置伺服系统自适应摩擦补偿控制方法，该方法综合分析气动位置伺服系统中摩擦力的非线性及不确定性并结合LuGre摩擦模型，之后在LuGre摩擦部分参数不确定的情况下，采用双观测器预估摩擦力状态因子，对气动位置伺服系统进行摩擦补偿控制。本发明方法改善了起步阶段的动态滞后现象，减少了低速工况下爬行及高速工况下的粘滑振荡现象，提高了系统的响应速度及跟踪精度。

技术领域

本发明属于气动伺服系统位置控制技术领域，涉及一种气动位置伺服系统自适应摩擦补偿控制方法。

背景技术

气动技术是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为工作介质，进行能量传递和信息传递的工程技术，它具有高速高效、低成本、易维护、清洁安全等诸多优点，是生产过程机械化和自动化最有效的手段之一。但由于气体的可压缩性，使得气动元件的动作速度容易受到负载变化的影响，尤其当气缸进行低速运动时，受摩擦力影响较大，摩擦力会引起伺服系统的动态滞后，降低系统的响应速度，导致系统误差和低速爬行。

目前国内外针对摩擦的研究，一方面，大多数研究者基于具体的研究对象进行摩擦的测试及具体的摩擦模型的辨识和推导，但是摩擦力受影响因素众多，比如温度、气压、密封、负载等等，摩擦的动态参数辨识困难是不争的事实，如果过于追求模型的完整性反而不利于摩擦补偿，而仅基于非模型的补偿方案，则又会带来纹波效应；另一方面，大多数研究忽略了摩擦和系统控制性能的相互耦合性，摩擦和系统参数之间相互关联，相互影响，即系统参数如系统阻尼、刚度及执行器两腔压差的变化会影响摩擦力的部分系数变化及大小的改变，而摩擦的参数如静摩擦、动摩擦、动静摩擦之差以及粘滞摩擦系数的改变又会不同程度得影响到系统的爬行、颤振现象。再者，好的摩擦补偿效果需要通过高增益控制来实现，而对于弱阻尼、低刚度系统来说，无疑将加剧系统的颤振甚至发散。

发明内容

本发明就是针对现有技术的不足，提供了一种气动位置伺服系统自适应摩擦补偿控制方法。

为了实现上述目的，本发明所设计的气动位置伺服系统自适应反演摩擦补偿控制方法，其特征在于：

s1建立系统状态变量及其导数的表达式

x₁＝θ

s2选用LuGre摩擦模型表征气动系统的摩擦力，该摩擦力表达式为

其中，式中σ₀为摩擦刚性系数；σ₁为摩擦阻尼系数；σ₂为黏性摩擦因数；f_c为库伦摩擦力矩；f_s为静摩擦力矩；ω_s为Stribeck速度；z为接触面鬃毛的平均变形；g(ω)为大于0且有界的函数，LuGre摩擦力模型中参数f_c，f_s，ω_s在文献[魏琼.气动伺服加载系统关键技术研究[D]，北京航空航天大学，2014.]中通过大量实验和辨识已经得到；σ₀，σ₁，σ₂是大于零而未知的参数，z是未知且不可测的；

s3设计包含σ₀，σ₁，σ₂和z的李雅普诺夫函数，并证明该函数的一阶导小于零，则系统误差收敛，同时满足稳定性和精度要求。

进一步地，步骤s3中设计李雅普诺夫函数时，对于鬃毛变形状态变量z，设置两个观测器。

更进一步地，所述两个观测器具体为：