吉林大学学报(工学版) ›› 2011, Vol. 41 ›› Issue (01): 214-0220.

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伺服系统受摩擦扰动产生极限环的原因及稳定性分析

宋彦1,2,高慧斌1,田彦涛3,张淑梅1   

  1. 1.中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所|长春130033;2.中国科学院 研究生院| 北京 |100039;3.吉林大学 控制理论与智能系统研究室 长春 130022
  • 收稿日期:2009-05-12 出版日期:2011-01-01 发布日期:2011-01-01
  • 通讯作者: 高慧斌(1963-),男,研究员,博士生导师.研究方向:光电测量,跟踪控制技术. E-mail:yuanxinxin_y@163.com E-mail:yuanxinxin_y@163.com
  • 作者简介:宋彦(1983-),男,博士研究生.研究方向:精密跟踪伺服控制技术.E-mail:mesy.ciomp@163.com
  • 基金资助:

    “863”国家高技术研究发展计划项目(2008AA0047)

Reasoning and stability of limit cycle generated by friction in servo system

SONG Yan1,2|GAO Hui-bin1|TIAN Yan-tao3|ZHANG Shu-mei1   

  1. 1.Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China|2.Graduate University of the Chinese Academy of Science, Beijing 100039, China;3.Lab of Control Theory and Intelligent System, Jilin University, Changchun 130022,China
  • Received:2009-05-12 Online:2011-01-01 Published:2011-01-01

摘要:

讨论了低速工况下,由摩擦造成极限环现象。首先,采用分段线性化的方法,将Stribeck摩擦模型转换为线性的摩擦模型,获得了系统的状态方程;随后,应用系统平衡点性质分析和PoincareBendixson定理,证明了极限环的存在,确定了存在区域;最后,通过对Poincare映射的分析,判断了极限环的稳定性。仿真与实验结果均表明,在低速状态下,受摩擦扰动的伺服系统存在稳定的极限环;原因是运动过程中平衡点的稳定性反复发生变化。对系统根轨迹的分析表明:避免极限环出现的方法在于系统受摩擦扰动时,保证闭环系统的鲁棒稳定性。

关键词: 自动控制技术, 摩擦扰动, 非线性动力学, 极限环, 速度平稳性

Abstract:

The phenomenon of limit cycle was observed in lowvelocity servo system. With the help of nonlinear analysis tools, this paper analyzes the kinetics of limit cycle and finds out the reasons that induce this phenomenon. First, the Stribeck model was converted to piecewise linearized friction model and the state space model was also obtained. Then, by analyzing the feature of the system balance point and using PoincareBendixson theorem, the existence of the limit cycle was proved. The region where the limit cycle occurs was also found. Finally, the stability of the limit cycle was analyzed based on the Poincare map. Simulation and experiment results show that, under lowvelocity state, stable limit cycle occurs in the servo system that is disturbed by friction. The reason is that the stability of the equilibrium changes repeatedly. Through the analysis of the system root locus, the measure to eliminate the limit cycle is found.

Key words: automatic control technology, friction disturbance, nonlinear dynamic, limit cycle, velocity stability

中图分类号: 

  • 自动控制技术|摩擦扰动|非线性动力学|极限环|速度平稳性
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