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高精度伺服機構控制器設計,一直是精密控制工程中極具挑戰性的研究題
目,本文旨在以工具機進刀機構控制器設計為例,來探討具乾摩擦力之高精
度伺服機構控制器設計的各種方法。其中有前饋補償摩擦力法,加入抖震
器法,非線性位置回授法與滑動模式法等。前饋補償摩擦力法是目前文獻
中探討最多的設計法,其以適應性估測法來估量摩擦力後再前饋補償以消
掉摩擦力;但因此法有賴於摩擦力模型與速度量測的準確性,故無法避免因
過補償所產生的限制循環而惡化響應。至於加入抖震器法乃是在古典PD控
制的控制力中,加入一高頻且振輻小於最大靜摩擦力的正弦波以改變永停
區而使系統能達到要求之精度;此法較簡易,唯一的缺點便是實際上要致動
器產生如此高頻的訊號並不容易.而非線性位置回授法乃是當狀態軌跡接
近永停區時,突增加剛性以克服摩擦力;但因此剛性是突增的,故致動器響
應要極快來配合其控制力快速抖動的情形,若再加入邊界層,則可大大緩和
控制力快速抖動的情形,但有穩態誤差。至於滑動模式控制則是可使狀態
軌跡沿所設計的滑動平面走,因而必可避開永停,而使狀態軌跡能停於相位
平面原點,但為了避免狀態軌跡顫抖的情形,故須加入邊界層來消除顫抖,
因而有穩態誤差的產生。但此法不論在狀態軌跡響應或控制力的曲線上均
比非線性位置回授法要平滑許多。最後則提出一個新的控制器設計方法,
以前饋補償來部份補償（少補償）摩擦力,然後結合回授的滑動模式加邊
界層控制,而形成前饋補償滑動模式控制器。如此不僅可降低滑動模式控
制中所須之增益,且可減少滑動模式加邊界層的控制法中所產生的穩態誤
差.所以將這兩類方法加以適當組合後的前饋補償滑動模式控制器,是高精
度伺服機構的控制法中最佳之設計。
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