电机中摩擦力补偿技术的仿真平台

时间：2025-06-29

理论研究

电机中摩擦力补偿技术的仿真平台

丛

爽，全钟华

（中国科学技术大学，安徽合肥，!&""!’）

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摘

要：通过对采用不同的摩擦力补偿技术进行的仿真

中的效果进行分析和对比，从中了解各自的优缺点。文中所列出的所有方法，均通过实际计算机控制系统进行了实时控制，效果良好。

实例的演示，将几种先进控制策略在对非线性摩擦力补偿中的效果进行分析和对比，从中揭示各自的优缺点。文章中所列出的方法，均由实际计算机控制系统进行了实时控制，效果良好。

关键词：摩擦力；补偿技术；先进控制策略中图分类号：!899

文献标识码：:

文章编号：（A<<A）;<<=>?<;@<A><<<9><9

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A控制系统结构图以及仿真系统的建立

若设控制器的传递函数为$（，则具有干扰13的50）负反馈控制系统的结构图如图#

所示。

图;

具有13的负反馈控制系统的结构图

为了便于各类控制器的设计、分析与仿真实验，我们已将图#所示被控系统用N=7O=P环境下的4LN)OLQR实现出来。对一个实际的计算机控制的直流电机系统，包括一台K-*0+>A!""微机、一块内置于计算机的#!位=I直流力矩电动机及M，MI=转换板、KSN功率放大电路、用于速度反馈的直流测速发电机。模拟电压输入范围与输出控制电压范围均为［($，经#!位=IM，J$］T，MI=转换后的数字量范围均为［(!"%U，。为了方便起J!"%U］见，所用输入I输出单位均采用数字量。被控系统的模型包括除计算机外的上述被控系统所有部件的集合。通过采用线性系统的参数辨识方法，根据辨识出被控系统的线性模型，以及实验方法求得被控系统的非线性部分的模型，所获得的整个被控系统的仿真所测系统的输入I输出曲线如图!

所示。

;引言

在运动控制的实际应用中，经常遇到诸如机器人、机

床、无线电天线和天文望远镜等运动系统的速度或位置的控制。在其工作过程中存在着静、动摩擦力、粘摩擦力以及执行机构饱和等非线性特性的影响。当系统的工作点落在被控过程输入I输出特性的线性范围内，可根据线性控制理论设计出适当的比例J微分J积分（KLM）型的控制器，以满足期望的性能指标。然而实际上，我们常常会发现，金属切削机床微量进给机构在进给速度很慢时会发生爬行和自激振动；电机在低速或变向运动时，其输入I输出特性曲线上出现死区等，这些对于有高跟踪精度和运动平稳性要求的运动控制系统来说，带来了控制上的一定的困难，因为采用单纯的KLM型控制器，其参数在稳态误差与运动平稳性的兼顾上是有矛盾的。本文的目的是通过仿真采用不同的摩擦力补偿技术进行的仿真实例的演示，对各种先进控制策略的对非线性摩擦力补偿

图A被控系统的仿真所测系统的输入I输出曲线

从图!中可以看出，被控系统的%"V的工作区在非

收稿日期：!""#"$#%

线性段，所以对系统的非线性补偿及其信号的跟踪具有

电机中摩擦力补偿技术的仿真平台

万方数据

典型的应用价值。为了更清楚地描述被控制系统以及控制器的作用，下面通过详细的仿真系统对摩擦力补偿与消除的效果进行论述。

一般认为，执行机构中的非线性摩擦力与速度和时间均有关系。在从静摩擦力过渡到动摩擦力的过程中，

［!］运动经历了四个阶段，有关的参数有七个，且参数必须

通过实验确定，所以对这种非线性摩擦力模型的估计是相当复杂的。为此，人们常常采用简化的方法，获取近似的或抓住本质特点的非线性摩擦力模型。这样，只要进行较少的实验即可确定模型的参数。在文献［"］中已提出一种与速度成指数关系的非线性摩擦力的模型形式：

图"

被控系统模型