液压转台的自适应动态摩擦补偿研究

　　0　引言

　　作为具有重大经济价值和国防战略意义的高精尖仿真试验设备,液压转台对低速性能和跟踪精度有很高要求。低速运行状况的好坏是反映转台系统性能好坏的重要评定依据。而转台电液伺服系统中复杂的非线性摩擦力矩的存在严重影响了转台低速性能的提高,是转台产生低速爬行现象、速度过零畸变和极限环振荡的主要原因。因此,要提高液压转台电液伺服系统的低速性能就必须对电液伺服系统进行摩擦补偿和抑制。目前,除通过辨识摩擦模型进行前馈补偿和经典的PD控制外,自适应控制、鲁棒控制等控制方法已被提出并成功应用于电机等伺服系统中[1-4]。但是电液伺服系统的复杂性和模型的特殊性使得这些摩擦补偿方法无法直接应用,因此现在应用于电液伺服系统的摩擦补偿方法多为前馈补偿[5-6]。这种前馈补偿方法在补偿过程中采用摩擦模型的近似动态参数,而且补偿效果跟摩擦模型参数辨识精确度有关,但是获得精确的摩擦模型十分困难,使得这种补偿方法无法获得好的补偿效果。文献[7-8]通过分析作用于液压马达的力矩特性,找到一种基于非精确模型摩擦力矩的自适应补偿方法,但是这种非精确模型摩擦力矩为静态摩擦模型,不能精确反映实际摩擦力矩带来的非线性影响,造成该方法的补偿能力有限。

　　如何更好地消除液压转台系统的动态摩擦力矩,进一步提高转台系统的低速性能是作者研究的问题。作者通过分析上述摩擦补偿方法的优缺点,针对电液伺服系统的特点,推导了液压转台存在摩擦力矩干扰时的动力学方程,建立了液压转台系统的LuGre动态摩擦力矩模型,并在此基础上提出液压转台的基于双线性观测器的自适应动态摩擦补偿策略。该方法在LuGre摩擦模型动态参数未知且随外界条件非一致性变化的情况下,仍能实现对液压转台伺服系统动态摩擦的精确补偿,提高液压转台的低速性能。

　　1　液压转台系统的动态摩擦特性分析

　　液压转台电液位置伺服系统的低速性能与其执行元件马达的摩擦力矩密切相关。液压马达转动时,其叶片与定子和转子之间产生摩擦力矩并发生周期性变化,引起马达实际输出力矩脉动。在转台低速运转时,摩擦力矩不断在静摩擦与动摩擦之间变化,且波动剧烈,从而导致转台系统的低速脉动或者爬行现象,对提高液压转台的超低速性能尤其不利。液压仿真转台是由3个旋转自由度的框架组成,相互垂直,每个框架由液压马达单独驱动框架轴。其中电液伺服阀阀口线性化流量方程为

　　式中:QL为电液伺服马达的负载流量; Ksv为电液伺服阀阀口流量增益; Ka为伺服放大器增益; xv为伺服阀阀芯位移; u为控制器输出。