齿轮传动伺服系统非线性摩擦补偿控制研究

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1、齿轮传动伺服系统非线性摩擦补偿控制研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：李仕建指导教师：王家序教授学位类别：工程硕士（机械工程领域）重庆大学机械工程学院二O一五年五月NonlinearfrictioncompensationcontrolofgeardriveservosystemAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByLiShiji

2、anSupervisedbyProf.WangJiaxuSpecialty:MechanicalEngineeringfieldCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要本课题来源于国家自然科学基金面上项目—―工业机器人高可靠精密滤波驱动装置应用基础研究‖（项目批准号51375506）。随着工业机器人的快速发展，实际应用中对减速器的可靠性和传动精度提出了更高的要

3、求。柔性滤波驱动机构是重庆大学王家序教授针对工业机器人使用性能和传统减速器的突出问题，发明的一种高可靠、轻量化的精密少齿差减速机构。精密机构结构比常见驱动机构复杂，摩擦和弹性变形等非线性因素对系统控制精度影响较大，大大影响着系统的传动性能。本文以齿轮传动伺服系统为研究对象，重点考虑摩擦这一非线性因素对系统的影响，通过建立动力学模型，提出控制方案并合理设计控制器，以补偿非线性摩擦对系统的影响，进而提高系统的传动控制性能。论文的主要研究内容如下：①对几种摩擦模型做了综合性的概述，也对常见的摩擦补偿方法

4、进行了介绍。对比几种摩擦模型，得到了静态摩擦模型和动态摩擦模型各自的优缺点。针对不同的机械系统，根据使用条件及灵敏度等各方面要求，确定出了选择模型的相应标准。摩擦模型的选用标准为后面的研究提供了理论基础和支撑。②在考虑摩擦的情况下，建立了系统的简化动力学模型，通过系统的速度—转矩实验测得了系统的Stribeck曲线，对摩擦模型进行离线参数辨识得到了LuGre摩擦模型的动静态参数；然后基于LuGre摩擦模型提出了前馈补偿控制方案，根据力矩平衡原理设计摩擦前馈通道，并设计了控制器。利用Matlab仿真

5、，得到系统在补偿前和补偿后的位置跟踪和速度跟踪。③针对齿轮传动系统中存在的非线性摩擦力，基于LuGre摩擦模型，提出了一种自适应摩擦补偿方法。通过引入双非线性滤波器并调节其增益，从而提高系统的位置跟踪性能，通过Matlab仿真证明补偿方案及控制器设计的正确性。④在不扣除内摩擦、负载为10N.m情况下，采用多功能摩擦试验台对齿轮副进行了转速转矩测试，得到了系统在转速1r/min~1900r/min范围内主轴1的转速-转矩值，在通过数据换算和拟合得到传动系统的转速-转矩曲线。关键词：齿轮传动系统、非线

6、性摩擦、LuGre摩擦模型、补偿控制I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTThisresearchisfundedbytheprojectfromNationalNaturalScienceFoundationofChina―Applicationbasicresearchofhighreliableandhighprecisionfilteringgeardriveunitforindustrialrobots‖(ProjectGrantNo.51375506).Withtherapid

7、developmentofindustrialrobots,ithasahigherrequirementfortransmissionreliabilityandaccuracyofgearreducer.Forrequireperformanceofindustrialrobotsandoutsdandingproblemsofconventionalretarder,ProfessorWangJiaxu,fromChongqingUniversity,hasinventedahighlyre

8、liable,lightweightandhighprecisionplanetreducerwithfewertoothdifferencerubberwhichcalled―Flexiblefilterdrivemechanism‖.Thestructureofflexiblefilterdrivemechanismismorecomplicatedthanthecommondrivingmechanism,andnonlinearfactorssuchasfrictionan