数字式自适应动态电液疲劳试验机的摩擦力分析及补偿研究

　　0 引言

　　数字式自适应动态电液疲劳试验机是来自北京市科委的研究开发项目，以广泛应用于航空航天、军工、铁路装备、机械制造、车辆船舶、冶金矿山、建筑建材、石油化工、塑料橡胶、电线电缆等多个领域的电液疲劳试验机为研究对象，旨在研究高响应、高静态精度、高动态精度、数字化(网络化)、载荷自适应的疲劳试验机。 然而，摩擦存在于所有的运动机械中，特别是在高性能、高精度的电液伺服系统中，摩擦更是占有举足轻重的地位。 摩擦能给控制系统带来跟踪误差、极限环、甚至爬行。 所以对于高精度伺服系统来说，液压缸摩擦力的影响无法忽略，有必要对摩擦力进行补偿，以达到高性能指标的要求错误。

　　1 摩擦力的产生原因和补偿办法

　　摩擦力的形式和大小取决于相互接触两物体表面的结构、两表面间的压力、相对速度、润滑情况以及其他一些因素，且呈非线性关系，因此想用准确的数学模型进行描述摩擦力是很困难的。 但是由于摩擦力对系统性能造成不良影响， 在高性能的控制系统设计中要设法消除或减小其影响，提高系统的性能。 工程实际中主要采用改善润滑、合理匹配接触表面的材料、传动设计和控制补偿等方法。 其中，控制补偿方法一直受到工程控制界的关注[1]，摩擦力的控制补偿涉及的内容非常广泛。 在系统低速运动时，摩擦的非线性较大，摩擦力的模型较多。 因任务不同和模型差异，相应的控制补偿方法有很多。 总的来说可分为三大类：一类是独立于模型的补偿，方法主要有基于高增益的 PD/PID 控制器的补偿、PWM 放大器的动力润滑、 抖动补偿和脉冲控制补偿等;另一类是基于模型的补偿[2];还有一类是目前较为先进的基于智能控制的补偿[3]。

　　2 摩擦力的观测试验

　　2.1摩擦力离线观测

　　摩擦力的离线观测主要是通过试验手段测得活塞两端的压力、活塞运动速度，通过数学计算，得到实际液压缸的摩擦力数据， 并推出实际摩擦力与运动速度之间的关系。 典型的液压缸活塞与缸体及密封的摩擦力模型是与活塞速度有关的函数， 其运动特性可由Stribeck 曲线[4]描述，其曲线如图 1 所示。

　　式中 Fv———黏性摩擦力，单位为 N;

　　Fc———库仑摩擦力，单位为 N;

　　Fs———静态摩擦力，单位为 N;

　　Fco———库仑摩擦力参数;

　　Fso———静态摩擦力参数;

　　σ———黏性摩擦力参数;

　　y′———活塞杆的速度，单位为 m/s;