【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械设计与制造领域，具体为一种基于改进lugre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，用于提高驱动系统抑制摩擦干扰的能力。
技术介绍
1、近年来，随着国家对国产高端数控加工设备的研发投入不断增加，国产数控技术有了很大提高，高精密加工、高速移动等应用需求越来越多，如何能够做到高精与高速及成本控制兼容，是一个决定国产高端数控加工设备可持续发展的重要课题。一味地在机械结构上下功夫，会造成成本的大幅增加，很快也会遇到精度瓶颈，因此通过改进数控系统控制算法是一条较好的解决途径。
2、目前，大多数的高端数控机床还是采用滚珠丝杠驱动为主，驱动系统在运动过程中会受到摩擦扰动的影响，若不能有效抑制摩擦干扰，则会降低驱动系统的运动精度，进而影响产品的加工质量。为此，学者们提出了多种控制策略，基于摩擦模型的控制策略因其对摩擦特描述全面且易于与其他控制结构结合，已广泛应用于驱动系统。然而上述控制策略在降低换向误差的同时会产生新误差(“逆响应”)，相应提出的解决“逆响应”的方法主要通过采用单位脉冲进行驱动，但其脉冲信号幅值对机械系统模型辩识要求极其严苛，因此这些方法还停留在理论阶段，难以应用于工程实际。
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的问题，既降低摩擦干扰对驱动系统性能影响，又降低因摩擦补偿而产生的“逆响应”，同时还便于工程实际应用，本专利技术提出一种基于改进lugre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，能够提高驱动系统的跟踪性能，对提升机床的加工精度和效率具有重要的工程应用价值。p>
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种基于改进lugre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，包括以下步骤：
4、步骤1：针对机械加工驱动系统，建立改进lugre摩擦模型：
5、
6、所述改进lugre摩擦模型采用鬃毛模型；其中ff指摩擦力，v指接触面间的相对速度；z指鬃毛的平均变形量；指鬃毛平均变形量随时间变化的快慢；σ0指鬃毛刚度；σ1指鬃毛阻尼；fv指接触面间润滑液阻尼；η1为解决零速震荡问题的条件表达式；vw为中间变量，λ和ε为模型参数，g(v)为关于原点不对称的连续stribeck曲线；
7、步骤2：对驱动系统进行实际采样，根据采样数据，对步骤1建立的所述改进lugre摩擦模型进行参数辨识，得到辨识后的改进lugre摩擦模型；
8、步骤3：利用步骤2得到的辨识后的改进lugre摩擦模型进行驱动系统前馈控制。
9、进一步的，所述关于原点不对称的连续stribeck曲线g(v)表达式如下：
10、g(v)＝g+(v)ηav(v)-g-(v)ηbv(v)
11、其中ηav(v)表示正向的平滑过渡函数；ηbv(v)表示负向的平滑过渡函数；g+(v)表示正向的连续stribeck曲线；g-(v)表示负向的连续stribeck曲线。
12、进一步的，平滑过渡函数采用双曲正切函数进行构造，其中：
13、ηav(v)＝0.5tanh(ξv)+0.5
14、ηbv(v)＝ηav(v)-1
15、ξ表示过渡曲线斜率的大小。
16、进一步的，正向的连续stribeck曲线g+(v)为：
17、g+(v)＝γ1+[tanh(γ2+v)-tanh(γ3+v)]+γ4+tanh(γ5+v)+γ6+v
18、负向的连续stribeck曲线为
19、g-(v)＝γ1-[tanh(γ2-v)-tanh(γ3-v)]+γ4-tanh(γ5-v)+γ6-v
20、其中γ1+～γ6+表示正向的连续stribeck模型参数；γ1-～γ6-表示负向的连续stribeck模型参数。
21、进一步的，步骤2中，辨识过程分为先进行静态参数辨识，后进行动态参数辨识；其中静态参数为连续stribeck曲线中的stribeck模型参数；动态参数为λ、ε、ξ、σ0和σ1。
22、进一步的，所述静态参数辨识为：
23、首先对机械加工驱动系统逐渐增加电压，直至系统工作台出现肉眼可见的运动，根据此时的电压，转化得到驱动力即为最大静摩擦力；
24、其次给定多组不同的速度值，对机械加工驱动系统施加电压，使系统工作台反馈速度达到设定的速度值，得到不同速度值对应的电压值，并将电压值转换为摩擦力，得到速度-摩擦力数据；
25、利用速度-摩擦力数据拟合辨识得到stribeck模型参数。
26、进一步的，采用优化算法进行动态参数辨识：
27、首先对所述改进lugre摩擦模型进行离散处理：
28、
29、其次，设置采样时间δt以及初始条件z(0)和并输入对应的速度v(k)，得到相应的lugre摩擦力ff(k)；设定摩擦力估计误差为
30、e(k)＝frf(k)-fif(k)
31、以
32、
33、为目标函数，fif(k)为对应速度下，通过电压值转换得到的摩擦力，n为设定的速度值个数。
34、此外，本专利技术基于上述方法，还提出一种计算机可读存储介质和系统。
35、其中，一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述方法。
36、一种计算机系统，包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或者多个程序，其中，当所述一个或者多个程序被所述一个或者多个处理器执行时，使得所述一个或者多个处理器实现上述方法。
37、有益效果
38、本专利技术对传统lugre摩擦模型进行改进，将平滑过渡函数与传统lugre摩擦模型相结合，而且将模型与零速度交叉窗结合，提出了一种改进的lugre摩擦模型，既实现了摩擦力非对称性的表征，又抑制了零速附近摩擦力振荡，进一步提升了滚珠丝杠驱动系统的跟踪精度。
39、本专利技术具有以下两点优势：
40、1、解决了传统lugre摩擦模型一旦描述摩擦非对称性便不连续的问题，降低了进给系统在换向处的“逆响应”。
41、2、零速度交叉窗有效削弱了零速度附近的摩擦力震荡现象，提高了摩擦模型鲁棒性。
42、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种基于改进LuGre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于改进LuGre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，其特征在于：所述关于原点不对称的连续Stribeck曲线g(v)表达式如下：
3.根据权利要求2所述一种基于改进LuGre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，其特征在于：平滑过渡函数采用双曲正切函数进行构造，其中：
4.根据权利要求2所述一种基于改进LuGre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，其特征在于：正向的连续Stribeck曲线g+(v)为：
5.根据权利要求3所述一种基于改进LuGre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，其特征在于：步骤2中，辨识过程分为先进行静态参数辨识，后进行动态参数辨识；其中静态参数为连续Stribeck曲线中的Stribeck模型参数；动态参数为λ、ε、ξ、σ0和σ1。
6.根据权利要求5所述一种基于改进LuGre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，其特征在于：所述静态参数辨识为：
7.根据权利要求5所述一种基于改进LuGre摩擦模
8.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于：所述指令在被执行时用于实现权利要求1～7任一所述方法。
9.一种计算机系统，其特征在于：包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或者多个程序，其中，当所述一个或者多个程序被所述一个或者多个处理器执行时，使得所述一个或者多个处理器实现权利要求1～7任一所述方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进lugre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于改进lugre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，其特征在于：所述关于原点不对称的连续stribeck曲线g(v)表达式如下：
3.根据权利要求2所述一种基于改进lugre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，其特征在于：平滑过渡函数采用双曲正切函数进行构造，其中：
4.根据权利要求2所述一种基于改进lugre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，其特征在于：正向的连续stribeck曲线g+(v)为：
5.根据权利要求3所述一种基于改进lugre摩擦模型的驱动系统前馈控制方法，其特征在于：步骤2中，辨识过程分为先进行静态参数辨识，后进行动态参数辨识；其中静态...
【专利技术属性】
技术研发人员：张卫华，徐钊，沈照培，王娅楠，王成兵，伍盛华，
申请(专利权)人：陕西诺贝特自动化科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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