基于线性前馈自抗扰的滚珠丝杠驱动系统分段重复控制研究

作     者：刘鹏洋 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孔令飞

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：滚珠丝杠 线性自抗扰 摩擦前馈 重复控制 

摘      要：在大力推进制造业优化升级的今天,滚珠丝杠驱动系统因其高效率、高精度和运动平稳等特点被广泛应用于数控机床中,有效推动了数控机床朝着高速、高效、高精度和高可靠性的方向发展,并提升了尖端领域装备的加工精度。然而,非线性摩擦严重制约了滚珠丝杠驱动系统的静态和动态性能,导致数控机床加工效率低、运动精度差。据此,本文提出了 一种线性前馈自抗扰与分段重复控制相结合的控制策略,为改善滚珠丝杠运动控制精度提供科学而有效的解决途径。 依据对滚珠丝杠驱动系统的摩擦特性分析,阐明了摩擦扰动对其运动精度的影响。为实现对摩擦扰动的有效抑制,从非线性摩擦力特性及其变化机理出发,探明了不同摩擦模型的优缺点。然后,以LuGre摩擦模型为基础,结合自抗扰控制策略,构建了线性前馈自抗扰控制架构,有效地抑制了摩擦扰动诱发的过象限误差,同时也减少了自抗扰整定参数的难度和个数。 为进一步提升驱动系统的静态和动态性能,从系统过象限误差形成机理的角度切入,依据重复控制降低周期性误差的特点,在线性前馈自抗扰的基础上,结合分区域作用的分段重复控制,有效改善了对周期性信号的跟踪精度,弥补了传统前馈控制中模型的不确定性问题,同时降低了计算机的内存负担。 依据上述理论分析,搭建了滚珠丝杠驱动控制软/硬件实验平台,完成了不同控制策略下的对比实验。实验结果表明:相较于线性前馈自抗扰控制,本文提出的线性前馈自抗扰与分段重复控制相结合的控制度=策略,可使止/负方向过象限峰值误差分别降低55.17%和51.11%,误差均方根降低31.16%,有效提升了滚珠丝杠驱动系统的运动控制精度。