LabVIEW?FPGA開發(fā)實時滑動摩擦系統(tǒng)

由于非線性摩擦效應的建模和補償的固有困難，摩擦系統(tǒng)的運動控制已被廣泛研究。最近，人們更加關注滑動動力學和滑動定位，作為傳統(tǒng)機器人定位的低成本和更靈活的驅動替代方案。摩擦控制器設計和適當選擇基礎摩擦模型的問題很重要。同樣重要的是，要認識到摩擦是一種時變現(xiàn)象，并且會隨著磨損或污染物引入系統(tǒng)而發(fā)生巨大變化。因此，有必要能夠連續(xù)量化系統(tǒng)的摩擦狀態(tài)，以提供最佳的運動控制。

這項工作提出了一種用于滑動的實時摩擦識別方案，該方案通過專用的實時運動控制系統(tǒng)實現(xiàn)，該系統(tǒng)利用DSP進行運動控制，F(xiàn)PGA進行力數據收集和分析。

應用是通過推動元件的等速驅動在旋轉板上以環(huán)為中心。

測量探頭命令線性滑塊伺服跟隨，并收集數據以表征環(huán)表面。通過最小二乘技術對數據進行建模，然后從模型中提取偏移距離和方向等參數。這些參數被定向到運動控制子程序，該子程序以恒定速度驅動滑塊，以使推頭使零件幾何中心與旋轉中心直線移動。當零件被驅動時，從推頭中的壓電傳感器收集力數據。中心對齊的目標公差為2.5μ米.

系統(tǒng)利用PXI-8187RT控制器、PXI-7350RT運動控制模塊和PXI-7831?RFPGA模塊。PXI-7350RT使用板載Motorola68331浮點處理器和板載數字信號處理器（DSP）進行8軸運動控制。由于高可用采樣率，F(xiàn)PGA用于力傳感器數據采集，并使用LabVIEW?FPGA軟件模塊進行編程。所有硬件組件都集成在一個通用的PXI機箱中。

系統(tǒng)摩擦狀態(tài)很少是恒定的?；瑒颖砻娴哪p、固體和液體污染物進出系統(tǒng)的運輸以及零件居中狀況的變化都會給摩擦模型帶來變化。為了捕捉這些效應，描述了基礎摩擦模型參數的實時識別方案。主要摩擦模型參數的識別使用對數遞減法進行處理。在這項工作中，通過反演一般動力學模型來識別每次驅動達到的峰值力和實現(xiàn)的自由滑動距離。通過這種方式，單個驅動可以提供來自不同來源的摩擦估計。

力感測通過壓電感測元件實現(xiàn)，該元件的輸出被放大并定向到PXI實時系統(tǒng)機箱中安裝的FPGA?PXI-7831R卡的模擬輸入（AI）端口。力捕獲通過FPGA?AI捕獲進行。

摩擦預測器模型中使用的自由距離由數字線性測量探頭量化，該探頭創(chuàng)建分辨率為20nm的正交編碼器信號。探頭輸出從致動力傳感器讀取的失去接觸點捕獲，直到零件停止滑動。探頭輸出被引導至DSP模塊的數字編碼器輸入。

觀測力的一階摩擦預測器和觀測到的自由滑動距離的二階摩擦預測器。此外，還定義了導數加權組合方案。識別方案預測給定應用中的滑動摩擦在5%以內。

這種摩擦識別方法還具有系統(tǒng)建模和運動控制路徑規(guī)劃之外的影響。此外，實時摩擦識別可用作機器診斷評估的一個要素。通過檢測系統(tǒng)摩擦狀態(tài)的重大變化來監(jiān)控機器運行狀況，并提供后續(xù)生成的維護請求或警報條件。

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廠家沒有提供LabVIEW的例子。根據通訊協(xié)議的相關的說明，編寫了適合項目的程序。程序截圖如下所示。

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相關資料說明，如下所示。

LabVIEW程序，如下附件所示。