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研究生:林恆毅
研究生(外文):Heng-Yi Lin
論文名稱:線性馬達運動系統之摩擦力補償設計
論文名稱(外文):The Design of Friction Compensation for a Linear Motor Motion System
指導教授:李安謙
指導教授(外文):An-Chen Lee
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:摩擦力補償器類神經網路觀測器
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在工具機中存在的摩擦力現象,常常是降低工具機精度的主要原因。而且摩擦力的非線性特性也造成了一般在工具機上所採用的傳統PID控制器控制上的困難。本論文主要之目的即為發展線性馬達運動控制系統中,補償摩擦力影響的控制法則。
在本研究中,伺服控制迴路除了採用迴授控制器外並加入前饋控制器,使系統的能達到較好的控制性能。另外加入了干擾觀測器,使迴授控制更具強健性。其中將前饋補償器設計成為線性馬達的反函數,達到降低追蹤誤差的效果;利用迴授控制器的誤差補償能處理鑑別參數的差異及一些 unmodel的參數變化。對於消除非線性摩擦力的影響,則使用了非線性補償器。可分成兩種類別,一種是設計參數式的摩擦力補償器,用來補償摩擦力模型;另一種則是類神經網路補償器來學習克服摩擦力。類神經補償器又可分為兩種架構,分別利用了誤差訊號與速度迴授訊號做為網路輸入來產生電流補償命令,使系統能夠達到更好的循跡精確度。
在硬體方面,使用PC與PC-based之介面卡、KOLLMORGEN公司的伺服驅動器和線性無刷馬達。在軟體方面,利用Borland公司的C++ 程式語言編譯器,在PC上發展一人機界面來完成控制器的參數設計與調適。
在最後的電腦數值模擬與線性馬達的實驗中,比較數種了本文所提出的補償器架構於降低摩擦力所造成之誤差的程度,證明本文的非線性補償器實現的可行性。
摘 要I
目 錄II
英文摘要V
致 謝VI
表目錄VII
圖目錄IX
一、緒論1
1.1 研究目的與動機1
1.2 文獻回顧4
1.3 研究方法6
1.4 內容大綱6
二、非線性現象和系統鑑別8
2.1 摩擦力的現象8
2.2 時域的Least-Square系統鑑別法則11
2.3 系統參數11
2.4 模擬分析13
三、數位濾波器17
3.1 ALPHA-BETA 數位濾波器17
3.2 速度估測20
四、控制器與補償器架構22
4.1 位置迴路與速度迴路的迴授控制器23
4.2 前饋控制器25
4.3 干擾觀測器26
4.4 摩擦力補償器30
4.4.1 參數式摩擦力補償器30
4.4.2 類神經網路補償器33
4.4.2.1 類神經網路基本架構33
4.4.2.2 逆傳遞學習演算法36
4.4.2.3 補償器架構41
五、模擬與實驗45
5.1 實驗設備簡介45
5.2 系統鑑別46
5.3 觀測器對系統的影響49
5.3.1 模擬結果比較50
5.3.2 實驗結果比較54
5.4 非線性補償器的數值模擬58
5.4.1 參數式摩擦力補償器的模擬58
5.4.2 類神經網路架構一的模擬64
5.4.3 類神經網路架構二的模擬70
5.4.4 模擬結果比較75
5.5 非線性補償器的實驗76
5.5.1 參數式摩擦力補償器的實驗76
5.5.2 類神經網路架構一的實驗80
5.5.3 類神經網路架構二的實驗83
5.5.4 實驗結果比較87
六、結論與未來工作89
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