含有摩擦和間隙的機械系統建模與跟蹤控制研究

《含有摩擦和間隙的機械系統建模與跟蹤控制研究》是依託濟南大學，由王中華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：含有摩擦和間隙的機械系統建模與跟蹤控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王中華
• 依託單位：濟南大學

項目摘要

在高精度機械運動跟蹤控制中，由於摩擦和間隙兩種硬非線性的影響，大大限制了系統的跟蹤性能。摩擦在低速區域表現出非常複雜的非線性現象，間隙在某些場合表現為磁滯特性。本項目擬研究同時含有摩擦和間隙的機械系統建模與跟蹤控制問題。擬通過分段建模方法，利用神經網路能夠逼近任意非線性的能力，對摩擦進行建模、估計，從而避免採用單一神經網路估計不連續函式所帶來的節點維數膨脹問題；通過巧妙設計激勵信號將摩擦和間隙參數分步辨識出來，研究摩擦和間隙參數辨識的新理論和新方法；根據間隙相對反饋信號位置的不同，將這類系統分為兩類系統進行補償控制研究。在假設摩擦和間隙參數未知的前提下，提出基於規則切換的神經網路自適應混雜補償控制策略，並將這種控制策略擴展到更為一般的依賴於方向的切換系統，為這類系統的控制問題提供新思路。

結題摘要

本項目旨在研究同時含有摩擦和間隙的機械系統高精度跟蹤控制問題，因此，分別研究摩擦、間隙單獨作用下的建模和控制問題是整個項目的研究基礎。我們首先研究了摩擦模型建立問題，通過深入剖析摩擦的非線性特點，系統給出了基於LuGre摩擦模型的辨識方法，並通過實驗進行了驗證；在摩擦補償控制方面，提出了非線性PI自適應控制策略、近似自適應PI滑模面的滑模自適應控制策略、基於終端切換函式定義滑模面和雙觀測器的滑模自適應控制、基於神經網路逼近的非線性摩擦補償控制策略等，對各類控制策略進行了理論證明、暫態性能分析和仿真實驗驗證。在含有間隙的機械傳動中，間隙將傳動變得不連續，使得傳動過程分為接觸和間隙兩種模式。在研究跟蹤控制時，根據位移感測器的位置不同，間隙表現出的特性也不一樣，有時表現為死區，有時表現為磁滯；對於間隙補償，提出了基於Backstepping設計方法的滑模自適應死區補償策略；針對系統的間隙磁滯特性，設計了基於神經網路的自適應間隙補償控制器、基於Prandtl-Ishlinskii模型，構造了魯棒自適應磁滯補償控制策略。對於同時含有摩擦和間隙的機械系統，考慮間隙的死區效應，設計了一種魯棒自適應控制策略。由於含有摩擦和間隙的機械系統屬於一類依賴於方向、分段連續的系統，根據系統分類屬於基於規則的切換系統，我們對切換系統的控制理論進行了相關研究。