一种带库仑摩擦力补偿的模拟直流电机驱动器设计
汽车电动助力制动系统摩擦建模与补偿控制

2017年(第39卷)第6期汽车工程Automotive Engineering2017(V〇1.39)N〇.6doi:10.1956^^j.chinasae.qcgc.2017.06.012汽车电动助力制动系统摩擦建模与补偿控制+何睿,吴坚,高吉(吉林大学,汽车仿真与控制国家重点实验室,长春130025)[摘要]汽车电动助力制动系统是典型的机电伺服系统,摩擦作为机电系统中普遍存在的非线性效应,是影响电动助力制动系统控制质量的主要因素。
本文中建立了 LuGre摩擦模型来表征系统的摩擦特性,并采用遗传算 法进行摩擦模型的参数辨识,并通过台架试验进行了验证。
最后,将摩擦模型应用到电动助力制动系统的补偿控制 中,实车试验结果验证了电动助力制动系统控制的有效性。
关键词:电动助力制动系统;L u G re摩擦模型;参数辨识;P ID控制Modeling and Compensation Control for Friction inVehicle Power Assisted Braking SystemHe R ui,Wu Jian &Gao JiJilin University,State Key Lab of ASCL,Changchun130025[Abstract]The power assisted braking system (PABS)of vehicle is a typical electromechanical servo system,and friction,as a non-linear effect commonly existing in electromechanical system,is one of the main factors influencing the control quality of PABS.In this paper,a LuGre friction model is built for representing the friction characteristics of the system,and genetic algorithm is used to conduct the parameter identification of LuGre model,which is then verified by bench test.Finally,the LuGre model is applied to the compensation control of PABS,and the results of real vehicle test verify the control effectiveness of PABS.Keywords:power assisted braking system;LuGre friction model;parameter identification;PID control刖言近年来,采用电机驱动主缸活塞从而产生制动 力的制动系统成为汽车领域新的研究热点。
基于LuGre模型的摩擦力补偿的研究

[ Ab stract]
Th is paper presents a tra ff ic control system based on CEBUS. By the pow er lin e comm un ication w ith
spread spectrum techno lo gy, the system i m plem ents ∀ w ireless# m odern c ity traffic contro,l it is portab le, low pow er consu m pt io n , stab le and f lex ib le. [ Key word s] ( 上接第 733 页 ) 采用 PD 控制, 在速度过零点时 , 波形发生畸变, 速 度跟踪出现死区现象。而基于 LuG re模型的摩擦补 偿能有效地抑制系统非线性摩擦的影响 , 提高系统 的低速性能。
3 仿真
为了验证提出的基于 LuGre 模型的摩擦补偿的 效果, 使用上面提出的自适应控制规律, 对直流电机 系统进行了低速位置跟踪仿真。电机参数 a = - 10 , b= 5 , 摩擦参数 M c = 0 . 28 ,Ms= 0 . 34 , s= 0 . 01 , 0= 200 , 1=3 , 2= 0 . 03 , 采用图 2 结构, 给定位置信号 = 0 . 05si n ( 0 . 2 ! t ) 。选择位置控制器为 PD ( kp = d 50 , kd = 0 . 01 )控制时的速度输出, 如图 3 所示。
摩擦是伺服系统中不可回避的问 题。对 于 高 精度伺服跟 踪系统 , 摩擦 环节的 存在是 提高系 统 性能的 障碍。 摩擦 力 对于 系 统静 态 性能 的 影 响 表现为输出 响应有较大 静差或 稳态极 限环 震荡 , 对 系统 动态 性 能的 影响 表现 为低 速 时出 现爬 行 [ 1] ( 抖动 ) 现 象和 速 度 过零 时 的 波形 畸 变 现 象 。 摩擦严重影 响伺服系统 的低速 性能和 跟踪 精度。 因此 , 对摩擦进行补 偿就 是根据 摩擦的 形式和 性 质 , 利用各种控制方 法抑 制或者 消除摩 擦对系 统 性能的影响。 摩擦补偿的方法分为两大类: 不基于模型的补 偿和基于模型的补偿。不基于模型的 补偿方法有 高增益的 P I D 补偿、 迭代学习补偿、 高频振颤、 脉冲 补偿等 , 还有模糊控制和神经网络补偿。基于模型 的摩擦补偿 : 如果已知摩擦 模型, 便可 以在系统中 施加一个控制作用, 消除 摩擦对系统性 能的影响。 如果摩擦模型参数是通过离线整定的, 就成为固定 补偿。如果摩擦模型是通过在线辨识得到的 , 就成 为自适应摩擦补偿。基于模型的摩擦补偿 , 是摩擦 补偿的一个主要的研究方向。 LuGre 摩擦模型能比 较全面的描述摩擦力现象。
库仑摩擦力

库仑摩擦力库仑摩擦力是一种常见的摩擦力,它是由于两个电荷之间的相互作用而产生的。
库仑摩擦力与物体之间的接触面积无关,而是与电荷的大小和距离有关。
具体来说,当两个带电物体之间的距离很近时,它们之间会发生库仑作用,即电荷之间的相互作用。
如果两个物体带有相同的电荷,它们会互相排斥,这种排斥力就是库仑摩擦力。
如果两个物体带有相反的电荷,它们会互相吸引,这种吸引力也是库仑摩擦力。
库仑摩擦力在日常生活中有很多应用。
例如,当我们梳头发时,梳子的塑料材料带有一定的静电荷,它与头发表面的电荷相互作用,产生库仑摩擦力,使得头发被梳子吸附到梳子上。
又如,当我们擦拭桌子或地板时,抹布与物体表面的电荷相互作用,产生库仑摩擦力,使得灰尘和污垢被抹布吸附起来。
除了日常生活中的应用,库仑摩擦力在工业和科技领域也有着广泛的应用。
例如,在电子学中,静电吸附技术可以用来制作微小的电子元件。
在纺织业中,静电吸附技术可以用来进行纤维的分离和纤维的定向。
在半导体工业中,静电吸附技术可以用来制造集成电路。
虽然库仑摩擦力在日常生活中和科技工业中都有广泛的应用,但是它也会带来一些问题。
例如,在电子学中,静电吸附技术虽然可以制造微小的电子元件,但是其制造过程很容易受到外部环境的影响,因此需要在特殊的清洁室中进行,成本较高。
库仑摩擦力也会对一些机械设备带来损害。
例如,当两个金属表面之间发生库仑摩擦力时,会产生摩擦热,从而使得金属表面受到热膨胀和变形,严重时还会导致设备损坏。
因此,在一些机械设备中,需要采取措施来减小库仑摩擦力的影响,例如采用润滑剂或者改变物体表面的电荷。
库仑摩擦力是一种重要的摩擦力,它在日常生活中和工业科技领域中都有着广泛的应用。
但是,我们也需要注意库仑摩擦力可能带来的一些问题,采取措施来减小其影响。
带有摩擦前馈补偿的伺服控制器设计的研究

文章编号:1001-2265(2006)12-0033-05收稿日期:2006-06-20*基金项目:教育部科学技术研究重点项目资助(项目批准号:104111)作者简介:袭著燕(1973 ),女,山东大学机械工程学院机电研究所副教授,工学博士,主要研究方向为机械系统精密检测与智能控制和数控技术,(E -m ail)x i zhuyan@yahoo .co ;路长厚(1960 ),男,山东泰安人,山东大学教授博导,研究方向为精密机械与智能仪器。
带有摩擦前馈补偿的伺服控制器设计的研究*袭著燕1,路长厚1,潘伟1,陈淑荣2(1.山东大学机械工程学院,济南 250061;2.上海海事大学信息工程学院,上海 200135)摘要:为了克服系统摩擦给系统带来的稳态误差和低速爬行问题,利用控制策略来补偿摩擦非线性对系统运动的负面影响是降低摩擦非线性负面影响的有效且节俭的途径。
首先对交流伺服驱动的工作台进给系统进行了摩擦力测量实验,根据实验数据,建立了用于摩擦补偿控制的简化Stri beck 摩擦力模型。
由于XY 工作台进给传动机构中存在的伺服滞后和摩擦是降低工作台位置跟踪精度两个主要因素,所以一个完整的前馈补偿方案应该包括两个部分:摩擦前馈补偿器和命令前馈补偿器。
分别对命令前馈控制器和摩擦前馈补偿控制器进行了理论设计,借助于现有的GT-400运动控制器的功能,添加摩擦力补偿模块提升了工作台的跟踪精度,并和没有前馈补偿的传统控制器进行了对比研究,实验结果表明带有命令前馈和摩擦前馈的控制方案能取得更好的控制性能。
关键词:摩擦;补偿控制;前馈;交流伺服工作台进给系统中图分类号:TH 39/TP273 文献标识码:AStudy on D esign of Servo Controller w it h Friction Feedfor ward C o m pensati o nX I Zhu -yan 1,LU Chang -hou 1,PAN W ei 1,C H EN Shu -rong2(1.School ofM echanical Eng ineeri n g ,Shandong U niversity ,Ji n an 250061,Ch i n a ;2.C ollege of I n for m ati o n Eng i n eering ,ShanghaiM ariti m e Un i v ersity ,Shangha i200135,China)Abst ract :In order to overco m e steady error and stick-slip brought by fricti o n to the syste m,it is an effective and sav i n g -m oney w ay to e li m i n ate non li n ear friction i n fl u ences by m eans o f control strategy to co m pensate non -li n ear friction negative i m pacts on syste m mo tion .F irstl y ,fricti o n m easure m ent exper i m ents are perfor m ed on an AC ser vo w or ktable feed syste m.Accord i n g to experi m enta l data ,a si m plifi e d S tribeck fricti o n m ode l is built .Because servo lag and friction ex isting i n XY w orktab le feed syste m are t w o predo m i n ant factors wh ich re -duce position tracki n g precisi o n of the w or k tab l e ,a co m plete feed -for w ard co m pensati o n sche m e shou ld contain t w o parts :a fricti o n feed -for w ard co m pensator and a co mm and feed -for w ard co m pensator .Respecti v ely ,theo -retical desi g n of the co mm and feed -for w ard co m pensator and the fricti o n feed -for ward co m pensator are carri e d ou.t By aid o f the functi o n o f the presen tGT -400m oti o n contro ller ,a friction co m pensati o n m odu le is added so as to i m prove the tracking precisi o n of t h e syste m.And Co m pared to the traditi o na l contr o ller w ithout feed -for -w ard co m pensati o n,experi m ental results show the contro l sche m e w it h co mm and and friction feed -for w ard co m-pensation can ob tain better contr o l perf o r m ance .K ey w ords :friction;co m pensati o n contro;l feedfor w ar d;an AC servo w orktab le feed syste m0 引言为了克服系统摩擦给系统带来的稳态误差和低速爬行问题,最直接的方法就是通过提高运动部件的精度和改进润滑条件来尽量减少系统的摩擦力矩,在伺服传动系统中采用提高滚珠丝杠和滚珠导轨的精度,或采用静压丝杠和导轨等,来减少摩擦非线性对系统运动性能的影响,但是由于这种方法会带来成本显著增加,也不可能最终消除非线性摩擦,从因而影响了系统定位和低速跟踪精度。
一种新的重复自适应摩擦补偿方法及其在高精度伺服系统中的应用

Ne w r epetitive ada pt ive fr iction compensation scheme in high2pr ecise ser vo system
Y ang Song Zeng Ming Su Baoku
(Department of Control Science and Engineeri ng , Harbi n Insti tute of T echn ology , Harbin 150001 , Chi na)
Abstract : A new repetitive adaptive compensation scheme i s proposed for t he dynamic friction and periodic ripple moment in a DC ( direct current) motor system. The repetitive control scheme is added into the adaptive2 based compensation scheme . A LuG re dynamic friction model with non2uniform variation parameters is used i n the motor system. The compensation algorithm consist s of a PD (proportion differential) component , an adap2 tive component and a repetitive component . The adaptive component is used to estimate and compensate for un2 known model parameters , while the induced repetitive controller is motivated by the attempt to improve the sys2 tem motion trajectory tracking performance. The system stability and the uniform ultimate position tracking per2 formance are guaranteed by utilizing the Lyapunov method. Finally , computer simulations verify t he effective2 ness of t he proposed scheme for the high2precision servo system. K ey wor ds : repetitive control ; friction compensation ; LuGre dynamic model ; tracking performance 由于直流力矩电机系统的高效性、 可靠性及易维护性 , 而被广泛应用于高精度伺服系统中 . 但是非线 性动态摩擦和周期性波动力矩扰动的存在使得系统的性能进一步恶化 , 因此消除或抑制系统中的非线性 力矩扰动并进一步提高系统运动曲线跟踪性能是现阶段亟待解决的问题 . 针对系统中的非线性力矩扰动 , 一个行之有效的补偿方法就是应用在线的自适应算法 , 不断地估计辨 识摩擦模型和波动力矩进而补偿所有未知参数 . 目前 , 已经提出了许多各有特点的自适应补偿方法 . 文献 [1 ]提出了一种自适应鲁棒控制器处理库仑 、 粘滞加 Stribeck 项摩擦模型 . 在实际应用中 ,这些静态摩擦模 型不能真实地反映实际摩擦对系统造成的非线性影响 ,所以不能应用在高精度运动控制系统中 . 文献 [2 ] 提出了一种新的摩擦模型 — — — LuG re 动态模型 , 该模型考虑了 2 个接触表面之间弹性刚毛的平均偏移来表 征摩擦的动态行为 ,从而可以描述大多数在应用中观察到的动、 静摩擦特性 ; 进而提出了 2 种自适应补偿 方法 ,但是假设所有摩擦参数随外界影响一致变化 . 近来 , 很多学者开始广泛研究重复控制与非线性摩擦
《库仑定律》教学设计(通用8篇)

《库仑定律》教学设计《库仑定律》教学设计(通用8篇)作为一位杰出的老师,常常要根据教学需要编写教学设计,教学设计要遵循教学过程的基本规律,选择教学目标,以解决教什么的问题。
那要怎么写好教学设计呢?下面是小编为大家整理的《库仑定律》教学设计,希望对大家有所帮助。
《库仑定律》教学设计篇1【课题】人教版《普通高中课程标准实验教科书物理(选修3—1)》第一章第二节《库仑定律》【课时】1学时【三维目标】知识与技能:1、知道点电荷的概念,理解并掌握库仑定律的含义及其表达式;2、会用库仑定律进行有关的计算;3、知道库仑扭称的原理。
过程与方法:1、通过学习库仑定律得出的过程,体验从猜想到验证、从定性到定量的科学探究过程,学会通过间接手段测量微小力的方法;2、通过探究活动培养学生观察现象、分析结果及结合数学知识解决物理问题的研究方法。
情感、态度和价值观:1、通过对点电荷的研究,让学生感受物理学研究中建立理想模型的重要意义;2、通过静电力和万有引力的类比,让学生体会到自然规律有其统一性和多样性。
【教学重点】1、建立库仑定律的过程;2、库仑定律的应用。
【教学难点】库仑定律的实验验证过程。
【教学方法】实验探究法、交流讨论法。
【教学过程和内容】<引入新课>同学们,通过前面的学习,我们知道“同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引”,这让我们对电荷间作用力的方向有了一定的认识。
我们把电荷间的作用力叫做静电力,那么静电力的大小满足什么规律呢?让我们一起进入本章第二节《库仑定律》的学习。
<库仑定律的发现>活动一:思考与猜想同学们,电荷间的作用力是通过带电体间的相互作用来表现的,因此,我们应该研究带电体间的相互作用。
可是,生活中带电体的大小和形状是多种多样的,这就给我们寻找静电力的规律带来了麻烦。
早在300多年以前,伟大的牛顿在研究万有引力的同时,就曾对带电纸片的运动进行研究,可是由于带电纸片太不规则,牛顿对静电力的研究并未成功。
Robust motion Controller Design for High-Accuracy Positioning system高精度定位系统鲁棒运动控制器设计

考虑因素在选择Q(s)的时候。注意,(1 - Q(s))
和Q(s)可以分别被视为一种灵敏度函数和互补的灵敏度函数的速度反馈循环。这个研究已经选择一个三阶二项式滤波器来满足其属性。
在Umeno和Hori[14]中已经提出一般形式和选择二项式过滤器来得到Q(s)。
扰动观测器可以实现的数字化的几种方法。实验结果通过五部分获得将它转换成结构由图5展示,采用双线性变换到G1和G2(s)并将其转换为数字滤波器。前馈摩擦补偿器在后面解释。在[2]中由另一种方式可以实现。
一介绍
现代机械系统,如机床、微电子制造设备、机械手、自动检测机必须由运动控制器支持以确保稳健,高速,和高精度定位/跟踪性能。高生产力通常需要高速操作。精确需求变得更加严格是因为在现代机械设备或微电子产品中组件的大小的变小。这个是通过设置测量精度来实现的。编码器的使用,目标是使误差靠近包含瞬变的编码器分辨率的定位值。鲁棒性不仅仅是暗示鲁棒性的稳定也有性能的稳健性。当动态特性从一个单位变换到另一个在不同操作期间的一个单位的特征的一个重要的要求是避免控制器参数的调节的过于灵敏。
一种摩擦纳米发电机及其制备方法和应用[发明专利]
![一种摩擦纳米发电机及其制备方法和应用[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/c2c0d70f9b89680202d82544.png)
专利名称:一种摩擦纳米发电机及其制备方法和应用专利类型:发明专利
发明人:张跃,高放放,廖庆亮,张光杰,丁一,马明园,韩林宏申请号:CN201710906212.X
申请日:20170929
公开号:CN107612414A
公开日:
20180119
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明涉及一种摩擦纳米发电机及其制备方法和应用,所述摩擦纳米发电机为以导电的柔性材料为上下电极,并由第一绝缘聚合物、第一柔性材料、第二绝缘聚合物、第二柔性材料和第三绝缘聚合物依次堆叠而成的薄膜。
本发明的摩擦纳米发电机可以在小曲率半径物体上的附着以及减小纵向上或者横向上空间需求,我们摆脱了发电机“笨重”基底的限制,具有超薄、轻质量等优点的垂直独立摩擦层式摩擦纳米发电机。
此外,本发明的摩擦纳米发电机可以实现在复杂形状物体上的附着,同时具有收集能量和传感的功能,且并不会导致器件的损坏。
这种发电机结构简单、制作成本低廉、并可以大量生产,满足当今市场的需求。
属于微纳能源发电技术领域。
申请人:北京科技大学
地址:100083 北京市海淀区学院路30号
国籍:CN
代理机构:北京金智普华知识产权代理有限公司
代理人:皋吉甫
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0 引 言
在某些 直流 电机 控 制场 合 , 需要 用 模 拟 量去 控 制直流 电机 , 就 需要 有 能够 接 受模 拟 量输 入 这
的直流功率 放大器 。 国外有 不少厂 家提供模 拟直
1 模拟直流脉 宽调制 电机驱 动器 整
体 设 计
可 以采用 数字控 制器 和模拟 电路两种方 式设 计模 拟直流 电机驱动 器 。第 一种方法 是采用带 有 A D模 块 和 脉 宽 调 制 ( us Wit Moua o , / P l dh d l i e tn P WM) 模块 的数字 信号 处理 器 ( i t i a Po Dg a Sg l r— il n csig D P 或 微 控制 单 元 ( coC nrl n , es , S ) n Mi ot i r oU t M U , A D转换 模块 采集模 拟控制 电压 , C )用 / 在程 序 里根 据 采 集 到 的 电压 大小 , 利用 P WM 模 块 产
lere lc nr l y tm.E p r n a r s l h w d t a o e s t n efc a o d,s o l e p o td e t a o t se i os x e i tl e u t s o e h tc mp n a i f tw sg o me s o e h u d b r moe .
( h n c u n tueo pis ieMe h nc n h sc , C a g h n I s tt fO t ,Fn c a isa dP yis i c
C ieeA a e yo c n e C agh n10 3 , hn ) hns cdm f i c , h n cu 30 3 C ia S e
控制与应用技术 _ 帅 E 强 迫 札 再植 制 应 来自21, 7 00 7( ) 3
一
种 带 库 仑 摩 擦 力 补 偿 的模 拟 直 流 电机 驱 动 器 设 计
杨 天锡 , 王伟 国 , 刘廷 霞
( 中国科 学院 长春 光 学精 密机械 与物理研 究所 , 吉林 长春 10 3 ) 3 0 3
大器 。
生相 应 占空 比的 P WM 波 去 控 制 H 桥 ; 二种 方 第
法是用 模拟 电路 直 接产 生 P WM 波 去控 制 H 桥 。 第一 种 方 法 思 路 简 单 , 现 容 易 , 是 D P或 实 但 S
在直 流 电机 控制 中 , 库仑 摩 擦力 是 影 响控 制 系统 精 度 的 重 要 因素 之 一 l , 果 采 用 数 字 控 2 如 J 制 , 以在软 件 中实现 库仑摩擦 力补偿 ; 可 但如果采 用模拟 控制方式 , 无 法用 软 件实 现 库仑 摩 擦力 则 补偿 。本文利用 加 法 电路 , 硬件 上 实 现 了库仑 在 摩擦力 补偿 。
Ke y wor ds:an og DC m o o ie al t r drv r; c l m b rc in o pe ato ou o f ito c m ns i n; a out cr u t t i g e bs l e ic i ; ran l wa e v g ne a i ic t e r tng c r ui
流 功率放大器 产品 , 如美 国 C pe 司 的模 数 混 ol y公 合输人 电机驱 动器 , 以及 美 国 A E P X公 司推 出 的
S0 S 0 ¨ , A 4、A 6等 但这 些产 品价格 昂贵。在 精度
要求不 高 的电机控 制 应用 中 , 用这 些 昂贵 的国 采
外产 品会 使 系统 成本急剧 增加 。本文利用 廉价 的 分立元件 , 设计 了一 款低 成 本 的模 拟直 流 功率 放
Absr c ta t:F r p r o e o sn n lg v ha e t o to moo , a n l g PW M DC tr d ie s d — o u p s fu ig a ao o g o c nr lDC tr a ao mo o rv r wa e sg d. Addngcic twa s d t o ine i rui su e o c mpe ae c uo rcin wh c o ns t o lmb f to i h c mm o l xssa n n c a ia i ny e it mo g ma y me h nc l& e —
A a o An l g DC o o i e sg t u o b Frc in Co p n a i n M t r Drv r De in wih Co l m ito m e s to
Y ANG in— i WANG ig o, L U Ta x , We— u I 一 i xa
摘
要 : 了用模 拟 电压 控 制 直 流 电机 , 计 了一 种 模 拟 直 流 脉 宽 调 制 ( WM) 机 功 率 放 大 器 。为 了 为 设 P 电
补 偿 机 电 控制 系统 中常 见 的 库 仑摩 擦 力 , 用 加 法 电 路 从 硬 件 上 实 现 了库 仑 摩 擦 力 补 偿 。试 验 表 明 , 偿 效 利 补 果 良好 , 得 推 广 。 值 关 键 词 : 拟 直 流 电机 驱 动 器 ; 仑 摩 擦 力 补偿 ;绝 对值 电路 ; 模 库 三角 波 产 生 电 路 中图 分类 号 : M 3 12 文 献标 志码 : 文 章 编 号 :636 4 (0 0 0 - 4 - T 0 . A 17 -50 2 1 )70 60 0 4