含间隙机构仿真运动误差分析及其补偿控制

1、含间隙机构仿真运动误差分析及其补偿控制4一1含间隙机构动力学仿真结果分析4.11仿貞结果理槪的与含间晾曲榊淆块机构制块位移対叱如图4-1讥.阿<,'螯宙图4-2F?f示.山图4-1和圈43朗kmU.机梅由于闻1»的存在MVttK不稳定，尤其鑒衽口肪址的时欄*课趙达到了狼向凤高值，馆控大M»nun&右.(皿处偏匸足刑11鼻皿大.亂久丸榔ft2tam圈4-1圈4-1IH4-2彊疊示盘圈误差来源分析根撕图4J折旅.可以看出山于甸啟的存在，桓褂它和理崽机构的运动有-左的常雯.分析谍姥的版盼丈认为有W卜'几种耐:(1) 辜间ntM8>本丈在蟲會间隙

2、植型时为r简fie*只粵瞻f堆杆和滑底间的间限实林匕曲牺和辻朴、曲犒和机閑*进杆和机蹩尊运动n權会有间馭这木环就造懺rw皑珀准确(2) 间瞅刚中两构件的睡摘问膽務究还不嫌iS彻*的凭散零塔问題时需闻闻秦蜒的感响.所以.间嚴刑打居功过悴中的狀态茅和关问翹圧仔恰潭入皤允i（3）山干含间隙曲柄滑块机构的強出线性.导致対其建立的动力学方程严匣炳东,使的计W量比&理fi的机构显若増如这枚需要个介适的H法对其进行求M.不适'勺的口法会対系煉的真实性有定形响.山于I：面的矗因存&间隊的存在便W系统金运行过程当中是不nJ議的为r减少却除这种渓差翁系统带来的们_n.6本章中,阳盼6和图4

3、9所示的核住対谋珞所带来的负面效向來进行消徐4.2对含间隙曲柄滑块机构运动误差补偿控制4.21逆模型方法介绍T世核型的和关问縣许多研究人厂在上世兀d70年代已绅做了很多重耍的研究.后来.文献根据线性时变逆系统的特点将茂扩展到多变fit线性条统.并开始研究相应系统的弊幡性质比牧完诉的发脱了线性逆根魁的理论-燃両.这叫研究对線基本上都展F线性系统向对II线性系统研究則相对比牧匮乏.这是在实际丁用中曹10存在的闵题.从上世纪八卜年代开如.许多研究人员将世模型侧朿于II：线性动态系统的研究.同时.口杂条统的解耦控制方而卩叽也将逆根熨方仏用于此.竽作文.鬥尤幄"31以含多变览的片线性系统为例.

4、（£分析g非线竹系统的可控性后.应用逆棋型控制取樹令人满意的控制结果.吴热冰.乍择文"I通过逆棋皑.利用隐换救方用的消冗法求解.倒免了聰式求解中呈困难的同题但是山于現代机械系统的非线性和笑杂性越來临岛.系址螫救的粘婀性L1经很笑漓定建工逆校側的耍求.还竹就是求符系统的解析逆.也越*笔闲难.这些用难已便在实除研宛中建立逆模型变彻林用难.对J个P维綸入“（）=（叫，叫，叫八q维输!hy（t）=Opj.r系统E它具有输入与输出之间满足某种关系U.H有一细确定的初始状态垃）=儿系统町渋示为下式:“ma心）二儿（4-1）y=方（“）从（44）AnJ以看出.这个系统相当丁是数学中的个山

5、p竝输入刘q维綸岀的映射.而11这个系块的出完全山初始状A1（0）=A0和入M（r）定全定.若用帝数0播述这一映射关系.则有:M=班K）或简写为丿=弘（4-2）所谓Mitten足描能够杷系统模型£的期琨愉出几（t）然川）忝统口门输入|沧1M曲型n的出.则正是用來給根业£的綸入控MtiXO下面倉出逆模型的具体定义.定义4.1设模型II是一个具有q维綸入、p堆输出并4含有M"儿这个映射关系的ra其中,綸入升®5厂）为任盘给定的初值*i足i系统E的初值条件的可黴函数向M输出向ft记为:u（f）=（叫心.必如果绎"0满足下式:8&几"

6、（&儿）二加二儿（4-3）为系au的单位逆槓型.郴应的.糸統£歳为num橫樂ui图4-3所示.丄T单位逆模型严|匣模町丿匚上一二|mi-s紙位逆議型及其与原盛型复合结构定义42设棋空口为另个llfjq维输入p维输出的并II映射关系足i“.e的模5L其中.入是*样的可它的初值Hfi于系统£的初值条件.綸入向型记作，权）=：观"qy綸岀向at记作1必）=（吟叫，叫几如果取以）p：a）必）=（知4心）川口了久満足卜式：小:口.为模型£的ailHa阶逆模豐模空结构如图44所小.倚别的XaO时.a阶逆模型就是定文4.1提到过的模型丽我们遇刘的系统-傲來说都

7、是IF线性系统而钊II线竹系统它是ill一俎年銭性映射关系和饨积分环"这两部分构成的.a阶逆康吃和廉厲空正好符合这种怙况.所以.我们对II线十系统建立逆廡空时都足用这种根住來建迂的“阶逆模空“_圮Z>S“阶逆模空“_圮Z>S“图1-1a4.22逆模型控制现状逆揍樂的向用很f.nJ以把它放到控制同路中.也可以用它来做其它的应用.例如.在环境匸用中.通过逆厲空搜集数据是种多功能的统计技术.可以用來估计数血与育按或间按相关的测in数仏文欽使用逆模醴检测r大气中的二氧化碳和一氧化碳尿度.通过处化这两种气体浓度.利用逆模型反演分析來搜块和分析艮他碳化介物的救網.文献W】为了估口堆农

8、的气体和做枪对艮建2化学itt模.通过便用其逆VKSb认识比中的"J协调物理ft来确理如以nJYf*估计.从待定的数据集中筛选出有用的小部分除了上面的用途利用一个逆模型可以宜按用它建立一个控翎務.山于压电KM动器页固有的迟那僅拔性.使控1*1度長竹眼的.GePni心提出了种集逆樓吃垠踪控制的方法仲;I入前馈回踣的PID（比例.枳分微分反馈控制器人同作用提高倍号垠踪精度.结果衣明.通过逆慣型的引入.使的系统的迟衬汁t改再倍号跟踪粘度人人握高.址人谋左咸少到了脈來的半.形状记忆合金驱动器在试骏中常表現出产匝的滞后性.往往足位置运行不准确跑琮系鋭失效.这样可能系貌导致不稳定.文娥3提出一种

9、便用神紆M给的仙馈控制器和滑帳侔作反馈控制器的方仏处控制形状记忆介金驱动器.补偿尢迟滞性.该梓制包括2个左耍部分：个前蚀神经刚络控制赂它是用来取忧i儿卜滑樓鲁榜反馈控制1»它是用来补偿倏差等不确定竹的雄滞和保证系统的秘定代实的农明由F实际位移骑动器与两个控制器的密切配合.系统愉出f较为理想的信号.现代利用逆模別来控制史？借助J神绘IM络.模糊控制等智能方法它已经违步发整成为一门研究丹能机器新兴学科W内客沙及多科宁科丹能控制足-种帔动控制它不依廉或不完全依膽被控对線的数学棋型是否精确而进行控制.足种通过系统的貝体怙况来实施拎制也就是说它足种任线的梓制.能较好的应対蔡统的ffitttft

10、和不确定性所带来的干扰故而应用范围极广*"对系统徑尢逆慢型.其方法貝有产滋的理伦基础但是.在实标工程应用当中对r复杂的II线竹系统.壑想得到它的逆系统并不弃易.而用智能方法对实除系统进行悴制山f它金耍求被控对線的模型宴有多蒂确因此.釆用智能方法控制系扰可以雄刘很好的效果（叫山于神经M络不仅町以以任盘粘度逼近任意U杂的耐性系统映射.而且还ill于它的管腿型它是一种在找控算能牧好的应对系统的模糊性和不确定的系统因此它对掺数的变化不敏fj较强的秤棒性.突破了传统控制方法中必須城十研究对象模型的束缚.也就是ift.个IF线性很岛的系统如果用传统的控制方法彳诃能会夫效何用W能拧制的方法就会屜免

11、这个问邈蘆首逆模型理论和神经M络方面研究的LI益完両从I:世纪90年代末开始关于神经网络逆模型的理论研究和实际应用的方法.许多学者对此进fr了以卜研究:亀先中.文册"采用借助于神经网络逆根前協的控制方法.分别对连续和离散的MIMO系统实施f控制并且在文章中給岀了用神经刚络对II线件系统梅造逆模型的方広.处小幼等（闻対非线竹系统.采用冷向爆喷救M络对其构造逆控制器.量后用逆控制器和传尿PID控制相结介的方式対系统进行非线性控初结果麦明.山于上面两种控制的双兔作用.便須系统的动态性能符到改诉烬而.对I:述总系统根熨建立逆技熨而进行纯件化解龍汗.刼刘的枝范見-个不隐定纯积分伪线性低阶系统对

12、高阶系魏模型则不适用为了解决这个剛何丹，娥先中等的捉出r一种广义逆系统.它是妊合高阶II线性系统的.它所捉出的这种方法很好的砥忡了逆模型控制方法的应用范用.刘坤用神经网络对非找性系统构造逆模慎为r在线实时清除谍总对构适肓的系统加入自适应控制器进行控制利用逆模型控制乍线性系统这个方法.还广泛应用于实际i：e控制倾域.主耍集中于航夭系统电力和变傾器等设备的控制方沁纠.文献通过用神经m堵逆枝空弊戳控制的方法.对般的异步电动机实施r控制取須f比较丹想的结果.文献(小給岀了通过分析水確同步电机的可逆4,研究、设计."逆校熨控制方案.収紂J牧好的控制结果.址然利用逆模型在系统中实施控制的研吭很多

13、但业袂研究Ml何补偿含间|»机构的何障方面的研究.还是比较欠峡的.本文在本章和第五童分别应用逆枳frtt.HDmiiKfliittt以及神经财络和模禍控制尊力孑间隙曲詢滑块进行了补偿控制实验结果衷明市于神经网络良好的逼近能力.神冷网络所建的含间1»曲辆滑块机构欖型史加贴近于实际.更符合实标情况.再加上神经M络逆根控制器足种被动控翎的力式能根据实际怙况金线不断调滋拧制参匕所以使科控制补偿效果史好很好的解决了用传统方法所建的棋醴和实床信况不和符诈的弊端.使之谋羌更少.含间隙曲柄滑块机构的逆模型在第三章.本文L1紆对介间肢曲柄滑块机构廡側进行了研究.在本章.利用"提到过

14、的宦义42对介间隊机构建立逆模型朗耳矢債方FN)和建、I根型时一样.为尺+R話+K(4-5)務(4-5)式分别向X轴和y轴分解待:r：co50:+r.ccx;&.=rx+匚C8。(4-6)r:%in&：+rx%m&=片+r4zin©(4-7)将(4-6)A和47)式等式两边求*方可徐rjcad:+2rrTcostf:cosff.+r/co$0.2=rt*+匚cas&J(4-S)(4-9)r/sin/+2r/.5in.sin+fJ=r/+h：in&匕两式相加得化简Ah化简Ah+2r:rco50.co%/+;in0sin0J+才+r(4-10)(4

15、-11)(4-11)r/+2r/tco$(-)+<=r,2+r/在这里婆特别注藏山JIT面建立模型时.足以®作为输入的.齐視为输出現在建立逆楼空时.就要以齐視为输入.把6作为输出.所以.匕式可以写为龙cos(一6J="尸(4-12)2“将艮作反余技帝救符：2,2226、=&+aiccoj(r,n)(4-13)2g在上式中.片是输入.r2.耳都是已知債.而伏和乙可以用(4-5)-(4-7)和第二章中的223)式联立釣康方程鮒w屯阵得虬A麻通过对(4-13)式求导即可求出从45图町以看出.逆根醴山耳作为綸入.g作为输出用MATLAB中的fiurhonWI2HI匚求

16、出來.然历綸入刘413)式.就可以解出処.建立完的含间嫁机构的逆根型如图4-5所示.42.4开环逆模控制人家M如道.逆这个7在科宁研究中是一个很朮耍的槪念.对于一个臥救.它有相应的反函数;而对于矩阵.它则有相冈的逆矩阵;按黑这样的理论.对于个系统向该fj相应的逆系统.从打等数7的角度來看这种关系可以被认为足映射和逆映射的关系.如果一个俗号绘过系细/(Q和系统逆模型厂1SZ后H綸出依号統和縮入依号足一效的.即.输入什么输出就足什么.从向需价于一个拔性映射在本章中，就是基F这样的思想对含间陳曲柄滑块机构的间隙进行消除的.这个过用可衣示为：$/Hxy/(r)-y(4-14)絢入|一逆揍型絢入|一逆揍

17、型控制对彖W1-6开耳逆蟆押制根据1：面的理论.开环逆模控制是采用地模型作为曲柄滑块机构的控制器,理论上可以御式(444)那样.实财任总连续信号的H踪向消除课差.控的结构杠图如图46所示它是6含(H嫁曲柄滑块机构附滋按加逆ffi空进行前ffi补偿控制的.ffi1-7卄环逆蟆控«03的入输出ffl1-8输入输mtJWA：加入逆快补偿器拧翎綸入输出缶号的对比如图4-7所不.信号保差如图4-S所示.丿忻比较图41和图47以及图42和图4»8町以明显看到.山丁逆模型控制的什川人幅域少了输入输的课的溟差仅有0.8knm-4.25PID加逆模前馈控制山于系抚的II线件很强.开环逆模控制

18、丿有團很好的效果.为了进按;.一T底閃门堆础I'.HlAPID拧制来进行对含间|»系统的补偿,PID控制器足个比例一积分做分梓制器.它堆通过-个反悄机制來实施挣制的.堆巾实际应用中应用极广控制能力牧强的种星本调甘方PID控剧器是MiiWtt不斷减小所的变債和理ffiiiZ间的星值来进行控制的它具有仰梓性张対外界环境变化抗f扰能力牧強.这就很好堆保证r对系统调肯的有效性凶)控制樓熨如图49所忖山49图听卜控MMttB型的传逼数*C($)二GH$)E(s)Gc($)+G&$)&$)(4-15)E(s)=C($)-凤s)(4-16)穴中，G"$)为控制对象传递呦故：仇($)为MD控制器的传堆GM)为控制対線逆模空的传递函救：凤，)为输入侑hC(3)>j出績号.呦为入输出的谋差14-9PID'：X庄此控制力比中建横粗控期器和HD块対金间障系撓进行控輒双网