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加工中心伺服系統的摩擦補償與仿真研究
閱讀：139 發布時間：2020-8-12文章預覽：
進入21世紀之后，計算機科學技術以及電子電力科學都得到了飛速發展，在應用階段開始引入了更為*和科學的智能控制策略，在非線性摩擦力影響問題方面，這種策略無疑提供了 一種新的途徑和方法[1]。從根本上來說，非線性摩擦力在應用中導致的問題不能簡單地用量化控制辦法以及對被控對象進行精確的數學建模來解決，但是智能控制提供了問題解決的可能性。對非線性摩擦力，通過利用*方法實現在線補償及辨識，采用智能控制策略，使用不依賴于系統模型的方法可使摩擦機器的控制問題得到更好的解決。
1.1獨立于模型的補償
與模型相獨立的摩擦補償主要包括兩個方面：在高增益基礎上實現的PID控制器補償;抖動補償[2]。對于一些單向低速運動系統，尤其是采用PD控制器的伺服系統，爬行現象可以通過增加微分和比例反饋增益進行消除，但是穩態誤差卻不能同時得到消除。使用PID控制器雖然可以使穩態誤差減小，但是卻存在使系統產生振蕩的風險。Tung等人深入研究了如何通過積分控制作用的引入降低甚至避免帶給系統的危害，但是還沒有得到滿意的研究結論。在系統中通過引入高頻信號可以對動態特性進行進_步的改善。在伺服系統中，對于摩擦環節引起的問題，可以通過引入抖動方法解決，達到在低速運動中平滑不連續摩擦力的目的。在這種補償中常用兩種方法，即法向抖動和切向抖動，其中前者是把抖動作用沿著接觸面法向施加，達到減小摩擦系數的目的；后者是把抖動作用沿著運動方向施加，達到減小摩擦對性能的影響的目的。
1.2基于模型的補償
在系統中，如果摩擦模型是已知的，那么就可以額外添加一個控制作用，與每一瞬的摩擦力相抵消，使摩擦對系統性能的影響得到有效消除。基于模型的摩擦補償器結構如圖1所示。
在對摩擦模型進行補償的添加時，如果是通過離線整定的方法確定模型參數，那么就屬于固定補償；如果是利用在線辨識的方法確定模型參數，那么就屬于自適應補償。
如果摩擦力變化是由環境條件、負載變化抑或潤滑條件導致的，那么可以通過自適應補償達到更有效實施補償的目的。
從國內外研究結果可以發現，精確模型的建立還存在較大的困難，不僅如此，即便使用的模型已經較為完備，但是表達式的復雜性會導致基于模型的補償和系統分析難以實現[3 ]。所以，當系統沒有精確的模型時，在摩擦補償中引入模仿人類的智能是值得探索的有效方法。
環境、負載變化以及潤滑條件等的變化會導致摩擦的變化，這是因為這些外在的條件改變，會間接的影響加工中心伺服系統性能。為了有效提升加工中心動靜態特性，本文針對摩擦補償進行自適應模糊控制器的構建。
2.1控制器結構
控制規則可以由自適應模糊控制器自動修改，修改依據通常為誤差及其變化率的大小，目的是盡可能減小誤差在具體實踐過程中，性能的提高不僅可以通過對模糊控制規則進行直接修改，還可以對控制器參數進行調整來實現，兩者的充分結合和合理匹配能使控制效果更佳理想。
這里，在改進模糊控制器過程中主要采取以下方式：首先通過積分環節的引入，使得系統穩態誤差得到有效消除；其次，根據誤差及其變化率大小對模糊控制器的比例和量化因子進行分段自調整；后，通過對控制規則調整因子的調整，根據誤差及其變化率大小動態調整控制規則。自適應模糊控制系統如圖2所示。
為了提高系統定位精度，從誤差模糊集中挑選出8個元素，經過模糊決策和推理對論域內的所有組合都相應地給以模糊控制量，再通過向精確量的轉變獲取控制查詢表，根據系統實際運行情況引入仿真系統手工修訂后就得到對系統進行實時控制的查詢表。具體模糊控制查詢表如表1所示。
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