专利名称：气动伺服系统中摩擦的自适应补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种摩擦力补偿方法，用以提高受到摩擦影响的伺服系统的控制精度。
背景技术：
气动技术是指以压缩空气为动力源，实现各种生产自动化的一门技术。气动技术 以空气为介质，具有防火、防爆、防电磁干扰、不受放射线及噪声的影响，且对振动及冲击也 不敏感。气动技术因具有结构简单、功率重量比高、工作可靠、成本低、易维护、寿命长等优 点，近年得到迅速的发展。但是气动的可压缩性、气体通过阀口的复杂流动特性、气体的复 杂热力学过程、气缸与滑块之间的摩擦力相对较大，这些因素使得气动伺服系统的跟踪控 制十分困难。为了满足控制性能要求，人们采用位置误差、滑块速度、滑块加速度、两气缸压力 差等等多状态反馈的P、PI、PD和PID控制，然而由于系统的模型具有很大的不确定性，这些 控制效果仍然有限。由于变结构控制具有对系统不确定性的鲁棒性，变结构控制也是最早 受到关注的气动伺服控制方法之一，并在后来的研究中不断改进其性能，得到了比较好的 实用效果。近年来，基于反馈线性化后极点配置和反步设计法被应用于气动伺服系统。由于 气动伺服系统的慢变参数难以准确辨识，参数自适应控制方法被用于气动伺服系统来克服 这个问题。内模控制和模糊神经网络分段建模与控制方法也被应用于气动伺服系统控制。 (如果忽略比例阀的非线性，)气动伺服系统中非线性主要表现在1)压缩气体阀口流动的 非线性；幻摩擦力。其中摩擦力的建模和控制更加困难，目前的方法中对气动伺服系统摩擦力的处理大致有4方案1)采用传统反馈(P、 PI等)控制的基础上，根据运动的方向，增加固定库仑摩擦补偿。这类方法很难准确补偿摩 擦力。2、将摩擦力视为不确定扰动，运用鲁棒的控制手段，如变结构控制，减小这种扰动对 系统伺服性能的影响。但是这种方法在静摩擦和库仑摩擦力起作用时，瞬时跟踪的跟踪误 差也会增大。幻利用自适应控制和神经网络补偿相结合，只要有跟踪误差就进行自适应调 整，这种调整可以适应于各种扰动和不确定性，包括摩擦力。但是这类方法本身的特点决定 了这种适应和调整速度较慢，对于连续变化的期望信号，在信号方向发生变化时，将产生较 大的跟踪误差。4)设计专门的摩擦力观测器，进行摩擦力补偿，这些观测器需要测量压力差 信号，计算或测量速度信号，使得系统硬件和结构都更加复杂。实验结果表明，由于观测器 响应速度有限，在连续变化给定方向发生变化时，仍然会出现较大跟踪误差。
发明内容
为了减小摩擦力对气动伺服系统控制精度的影响，本发明的目的在于提供一种气 动伺服系统中摩擦的自适应补偿方法，与现有方法相比，受到摩擦影响的伺服系统的控制 精度较高。本发明所采用的技术方案是，气动伺服系统中摩擦的自适应补偿方法，针对比例阀控制的气动伺服系统，当期望输出方向发生改变时，在比例阀的控制量上直接给出一个 反向的控制量，使阀迅速动作，给出一个反向的压力差，补偿静摩擦的影响，使滑块尽快发 生反向运动，使进入线性区，在线性区内切换成常规控制器输出，从而减小跟踪误差，具体 按以下方法进行，在期望输出的波峰处，补偿控制开始起作用，在Δ tu时间内，采用Δυ〗(kt) 进行控制；同样在波谷处，补偿控制作用时间仍为八、，补偿量的大小为八1；〗(&)，其中1^表 示补偿时段内的采样时刻，η表示波峰或波谷出现的次序，在期望输出的波峰与波谷处采用 不同的补偿控制，定义第η次波峰补偿期间Δ tu内的累计跟踪误差为
权利要求
1.气动伺服系统中摩擦的自适应补偿方法，针对比例阀控制的气动伺服系统，当期望 输出方向发生改变时，在比例阀的控制量上直接给出一个反向的控制量，使阀迅速动作，给 出一个反向的压力差，补偿静摩擦的影响，使滑块尽快发生反向运动，使进入线性区，在线 性区内切换成常规控制器输出，从而减小跟踪误差，其特征在于，具体按以下方法进行，在期望输出的波峰处，补偿控制开始起作用，在Atu时间内，采用AU=(A)进行控制；同 样在波谷处，补偿控制作用时间仍为Δ tu，补偿量的大小为AU〗化)，其中kt表示补偿时段 内的采样时刻，η表示波峰或波谷出现的次序，在期望输出的波峰与波谷处采用不同的补偿 控制， 其中< (A) =凡表示第η次波峰处，kt采样时刻对应的误差，定义第η次波 谷补偿期间Δ tu内的累计跟踪误差为
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的补偿时间△、调节为能够使滑块 产生反向的速度的补偿时间。
3.一种气动伺服系统中摩擦的自适应补偿方法，其特征在于，具体按以下方法进行，1)被控气动伺服系统的描述 确定比例阀控制气动伺服系统的数学模型如下 ^(APa-APb^Ff)/M
全文摘要
本发明公开的气动伺服系统中摩擦的自适应补偿方法，当期望输出方向发生改变时，在比例阀的控制量上直接给出一个反向的控制量，使阀迅速动作，给出一个反向的压力差，补偿静摩擦的影响，使滑块尽快发生反向运动，使进入线性区，在线性区内切换成常规控制器输出。具体为在期望输出的波峰(波谷)处，补偿控制开始起作用，在期望输出的波峰与波谷处采用不同的补偿量，并且根据第n次波峰(波谷)的跟踪误差，学习第n+1次波峰(波谷)的补偿控制量，最终得到合适波峰(波谷)补偿量；当滑块已经产生反向速度时，采用平滑切换的方式切换回常规控制方法。与现有方法相比，本发明方法的控制精度更高。
文档编号G05B13/02GK102063061SQ20101055709
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者任海鹏, 王婷 申请人:西安理工大学