基于stribeck摩擦模型的特大齒輪在位測(cè)量中姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的仿真研究

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1、2012年第46卷No.773基于Stribeck摩擦模型的特大齒輪在位測(cè)量中姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的仿真研究李雷永,郭陽(yáng)寬,祝連慶,潘志康北京信息科技大學(xué)摘要:為了深入研究特大齒輪在位測(cè)量系統(tǒng)中的三維平臺(tái)姿態(tài)調(diào)整伺服系統(tǒng)的控制方法,對(duì)三維平臺(tái)姿態(tài)調(diào)整伺服系統(tǒng)的控制及其Stribeck摩擦模型進(jìn)行了詳細(xì)的描述。運(yùn)用MATLAB對(duì)其PID控制進(jìn)行了仿真研究。在跟蹤正弦軌跡的仿真結(jié)果中可以看出PD控制能夠取得較強(qiáng)好的跟蹤性能,能夠?qū)Ρ鞠到y(tǒng)進(jìn)行較精確的控制。關(guān)鍵詞:姿態(tài)調(diào)整伺服系統(tǒng);Stribeck摩擦模型;MATLAB仿真中圖分類號(hào):TG806;TG86文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ASimulationSt

2、udyofMeasurementofAttitudeAdjustmentSystemofLargeGearReignBasedonStribeckFrictionModelLiLeiyong,GuoYangkuan,ZhuLianqing,PanZhikangAbstract:Forresearchingtheservocontrolmethodofthelargegearon-linemeasuringsystemofthree-dimensionalplatform’sattitudeadjustment,detailsaregiventothethree-dimensi

3、onalplatformattitudecontrolsystemanditsStribeckfrictionmodel.AtthesametimeMATLABSimulinkisusedtosimulatethePIDcontrolexperiment.SimulationresultsshowthatPDcontrolcanachieveastronggoodtrackingperformanceintrackingthesinusoidaltrajectory,andcanachievehighprecisioncontrolofthesystem.Keywords

4、:attitudeadjustmentofservosystem;Stribeckfrictionmodel;MATLABsimulation-function模塊,結(jié)合自編m文件來(lái)描述摩擦模型!引言和系統(tǒng)模型。在高精度,超低速機(jī)械伺服系統(tǒng)中,由于非線性摩擦環(huán)節(jié)的存在,使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)及靜態(tài)性能受到很大影響,這主要表現(xiàn)為低速時(shí)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象,通常[1]會(huì)造成系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差,使系統(tǒng)產(chǎn)生爬行和振蕩。圖1姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)組成框圖因此,要提高控制系統(tǒng)的性能,必須采用適當(dāng)?shù)目刂茍D2為三維平臺(tái)姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu),通過(guò)方法來(lái)消除摩擦力矩的影響,如高增益PD控制方調(diào)整A軸、B軸、E軸和Z軸以使平臺(tái)能夠和

5、被測(cè)的法,自適應(yīng)摩擦補(bǔ)償方法及基于摩擦模型的補(bǔ)償方特大齒輪端平面平行。在調(diào)整三維平臺(tái)過(guò)程中摩擦[2]法。力是對(duì)本伺服系統(tǒng)跟蹤精度的主要影響。準(zhǔn)確的建對(duì)特大齒輪進(jìn)行在位測(cè)量必須首先調(diào)平姿態(tài)調(diào)立非線性環(huán)節(jié)的摩擦數(shù)學(xué)模型,對(duì)于摩擦現(xiàn)象的補(bǔ)整平臺(tái),然后才能進(jìn)行后續(xù)的測(cè)量工作,由此可見(jiàn)三償是非常重要的。維平臺(tái)姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)是特大齒輪在位測(cè)量系統(tǒng)中的重要組成部分,其調(diào)平與否將會(huì)直接影響到特大齒輪測(cè)量的精度。姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)主要由軟件,硬件及機(jī)械部分組成,其中的軟硬件部分基本調(diào)試完畢,其系統(tǒng)的框圖如圖1所示。為了進(jìn)行伺服系統(tǒng)控制方法的設(shè)計(jì)和調(diào)試,本文對(duì)三維平臺(tái)姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)在高精度、低速度調(diào)整中存在

6、摩擦環(huán)節(jié)時(shí)的PID控制進(jìn)行了仿真研究。采用了MATLABSimulink中的s圖2三維平臺(tái)姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)基金項(xiàng)目:國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2010ZX04014-091)收稿日期:2012年3月74工具技術(shù)[6]度環(huán)均為開(kāi)環(huán)。三維平臺(tái)姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)"456789:;摩擦模型的建立方程可以表示為目前在工程中經(jīng)常采用的摩擦模型有庫(kù)侖摩擦¨KmCe·Km1θ=-θ+Kuu(t)-Ff(t)JRJRJ模型,庫(kù)侖摩擦+粘滯摩擦模型,靜摩擦+庫(kù)侖摩擦[3]+粘滯摩擦模型和Stribeck摩擦模型。本文選用能夠較為準(zhǔn)確反映摩擦力負(fù)載阻尼特性的Stribeck[4]摩擦模型。在伺服系統(tǒng)中

7、,具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的兩個(gè)接觸面上會(huì)產(chǎn)生摩擦力矩。在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),摩擦力表現(xiàn)為相對(duì)速度的函數(shù),通常稱這種穩(wěn)態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系為Stribeck曲線。在接觸面之間沒(méi)有圖4三維平臺(tái)姿態(tài)調(diào)整伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),摩擦力稱為靜摩擦力,它與外施的作用式中,Ku為PWM電機(jī)的功率放大器放大系數(shù),R為力大小相等,方向相反。當(dāng)外施作用力達(dá)到某一臨電樞電阻,Km為電動(dòng)機(jī)力矩系數(shù),Ce為電壓反饋系界值后,開(kāi)始邊界潤(rùn)滑階段,從這一階段到完全液體·潤(rùn)滑階段摩擦力隨著速度的增加而減小,即對(duì)應(yīng)數(shù),J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,θ(t

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