气动伺服系统的摩擦力与死区参数辨识及控制

孟凡淦，陶国良，王帮猛，陶俊，陈烨



气动伺服系统的摩擦力与死区参数辨识及控制

孟凡淦，陶国良，王帮猛，陶俊，陈烨

(浙江大学 流体动力与机电系统国家重点实验室，浙江 杭州，310027)

为了精确描述气缸的摩擦力，实现气缸的高精度轨迹跟踪控制，并提高算法的可移植性，提出基于遗传算法的气缸LuGre摩擦模型参数辨识方法和基于气缸充气腔压力变化的比例方向阀死区辨识方法。通过仿真分析，验证遗传算法在辨识摩擦力静动态参数时的可靠性；以单缸气动伺服系统为研究对象，分别建立比例方向阀和气缸的数学模型，设计基于反步法的非线性鲁棒控制器，开展气缸活塞运动跟踪不同频率的正弦轨迹曲线和三阶加减速曲线实验。研究结果表明：基于遗传算法的摩擦力参数辨识和基于气缸压力变化的比例方向阀死区辨识方法均能获得精确的辨识结果，本文所设计的控制器能实现气缸高精度轨迹跟踪控制。

气动伺服系统；LuGre摩擦力辨识；死区辨识；遗传算法；非线性鲁棒控制；轨迹跟踪控制

气动系统具有功率−质量比大、清洁、成本低、维护方便等优点，已被广泛应用于自动化生产线、医疗机械以及机器人等领域[1]。但由于气动系统存在强非线性和模型不确定性，导致难以建立精确的数学模型和实现高精度的轨迹跟踪控制，具有高精度轨迹跟踪性能的气动位置伺服控制系统仍然是当前气动技术的重要研究方向。气缸的摩擦力是造成系统具有强非线性的主要因素之一，特别是在气缸低速运动时，摩擦力的影响尤为明显。……