稿件编号201512110431审结日期2016-01-13

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1、稿件编号：201512110431审结日期：2016-01-13基于Stribeck模型的舰炮伺服系统摩擦力矩补偿赵远征,陈延伟,程守虎（中船重工第713研究所二级单位，郑州450015）摘要：舰炮伺服系统中，摩擦和间隙等非线性因素是提高系统性能的主要障碍，为了提高系统的低速平稳性和控制精度，对基于Stribeck模型的舰炮伺服系统进行摩擦力矩补偿研究。分析研究摩擦特性对舰炮伺服系统低速性能的影响，在Matlab/Simulink环境下搭建伺服系统模型，选择Stribeck摩擦模型对伺服控制系统进行

2、摩擦补偿试验，并与不含摩擦的理想系统进行仿真对比。仿真结果表明，Stribeck摩擦模型可以较好地描述出摩擦环节对舰炮伺服系统的影响，验证了理论分析的正确性，为控制系统的工程设计提供了依据。（摘要务必包含目的、方法、结果、结论4大要素，请参考本刊改写摘要）关键词：舰炮伺服系统；摩擦补偿；低速性能中图分类号：TP273+.3；TJ83文献标识志码：AFrictioncompensationinNavalgunservosystemsbasedontheStribeckmodelZhaoYuanzhen

3、g,ChenYanwei,ChengShouhu(二级单位713ResearchInstituteofChinaShipbuildingindustrycorporation,Zhengzhou,450015,China)Abstract:Nonlinearfactorsofthesystem----frictionandgearclearancesarethemajorobstaclesimprovingthepositioningaccuracyofnavalgunservosystems.Ef

4、fectsoffrictioncharacteristicsonthelowspeedservosystemisanalyzed,then,themathematicalmodelofthesystemisobtainedbyphysicalpropertyanalysisinMatlab/Simulink.Frictiontorquecompensationexperimentisdoneonthebasisofstribeckfrictionmodel.Comparedwithnonfricti

5、onsystem,theeffectoffrictionbaseonstribeckfrictionmodelcanbedescribedexactly.Theresultsprovethevalidityofthetheoreticalanalysis,providesthetheoreticalbasisforthedesignofcontrolsystem.（摘要务必包含目的、方法、结果、结论4大要素，请参考本刊改写摘要，定稿后重新英译）Keywords:NavalGunServoSystem

6、;Frictiontorquecompensation;LowSpeedPerformance0引言舰炮伺服系统是舰炮武器系统中的关键执行结构，其性能将直接影响到整个武器系统的作战性能和作战效果。与其它伺服系统相比，舰炮伺服系统需要克服舰船摇摆的影响和舰炮射击带来的巨大冲击力矩。另外，舰炮伺服系统对跟踪精度要求高，转动惯量大，而且需要很大的启动力矩；然而摩擦环节存在会造成系统低速运行不平稳[1]、速度过零波形畸变等[2]，是影响舰炮系统精度的主要因素之一。为了提高系统的低速平稳性和控制精度，有必要对

7、舰炮伺服系统进行摩擦力矩补偿的研究。目前处理摩擦问题的主要手段有摩擦补偿[3]和控制器的改进[4-5]。基于摩擦模型的补偿控制算法由于结构相对简单，实时性较强；因此仍是目前摩擦研究的重点。自18世纪起，众多学者从多种不同的摩擦模型对摩擦力进行研究，主要可分为静态摩擦模型和动态摩擦模型，它们的区别是有没有采用微分方程。静态摩擦模型有Stribeck模型、Kamopp模型和Armstrong[6]模型，它们将摩擦力表示为相对速度的函数，优点是结构相对较简单，参数易辨识，降低了工程实现的难度；动态摩擦模型

8、主要有Dahl模型、Bristle模型和LuGre模型[7]等，特点是在静态摩擦模型的基础上考虑了位移的影响因素，可以同时体现摩擦力的静态和动态特性。但这就不可避免地导致了动态摩擦模型结构的复杂程度，并且使参数不易辨识，增加了在工程中实现的难度。2种摩擦模型各有优缺点，通常根据实际系统的需要来选择适当的摩擦模型。笔者分析了舰炮伺服系统摩擦力矩的特点，在Matlab/Simulink环境下搭建舰炮伺服系统模型，采用Stribeck模型对系统进行摩擦补偿，并对比有无摩擦环