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A non-smooth IMC method for mechanical systems with backlash
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资源说明：标题：“A non-smooth IMC method for mechanical systems with backlash”（一种处理具有背隙机械系统的非光滑内模控制方法）揭示了在机械领域，特别是在涉及背隙现象的机械传动系统中，控制策略的设计和实施的重要性。该论文主要探讨了在含有背隙的机械系统中应用非光滑内模控制（Non-Smooth Internal Model Control, NSIMC）方法。
描述：文档描述了一种针对由所谓的“夹层系统”（sandwich system）描述的具有背隙的机械传动系统的离散时间非光滑内模控制方法。为了补偿输入线性子系统的影响，引入了动态补偿器，从而将夹层系统简化为具有背隙的伪哈默斯坦系统（pseudo-Hammerstein system）。论文详细介绍了控制器的设计过程，基于对模型误差（包括背隙效应和输入线性子系统补偿误差）影响下鲁棒稳定性的分析，并提出了在不同运行区域间切换模型时保证系统鲁棒稳定性和满意控制性能的鲁棒滤波器。
关键词：背隙（Backlash）、内部模型控制（Internal Model Control, IMC）、夹层系统（Sandwich System）、非光滑非线性系统（Nonsmooth Nonlinear Systems）。
文档提到了机械工程领域中背隙现象普遍存在于变速箱、轴承等执行器中。这些含有背隙的执行器不是孤立存在的，而是与机械传动系统中的伺服电机和负载相关联。在这类系统中，伺服电机和负载可以由动态线性子系统来描述，背隙就嵌入在这两个线性子系统之间，形成了夹层系统。背隙的存在可能会导致控制系统的性能下降，造成闭环情况下期望的稳态误差、振荡，甚至不稳定。
在控制系统设计领域，背隙被认为是一种非光滑和多值映射，这可能会使得大多数经典控制方法无法保证期望的控制性能。此外，背隙的输出在某些情况下是无法测量的。
论文中提出的方法考虑了模型误差和补偿误差，并在此基础上设计了相应的NSIMC策略来控制系统。该方法的关键在于动态补偿器的引入，它能够消除背隙效应带来的不良影响。同时，论文还探讨了在系统在不同运行区域间切换时，如何设计鲁棒滤波器以保证系统的稳定性和控制性能。
此外，文档还提到了控制策略设计的鲁棒性分析，这对于系统在面对模型误差时仍然能够保持性能是非常关键的。在控制系统设计中，考虑模型的不确定性和可能的误差是实现鲁棒控制的重要步骤。通过适当的控制设计，可以确保即使在存在背隙的情况下，系统也能保持稳定的运行和良好的性能表现。
文档指出了在实际应用中，背隙是许多机械系统的固有问题，因此开发出有效的控制方法来处理背隙带来的问题对于提高整个机械系统的性能至关重要。通过研究和应用NSIMC等先进的控制方法，可以为解决这类复杂的非线性问题提供新的视角和解决方案。
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