双框架控制力矩陀螺框架系统的扰动观测及抑制

内外框架间的耦合力矩、非线性摩擦和未建模动态是影响双框架控制力矩陀螺框架系统高精度角速率伺服控制的主要因素。为提高框架系统的干扰抑制能力,保证框架系统输出角速率精度,本文提出了一种基于非线性级联扩张状态观测器和滑模控制的复合扰动抑制方法。框架系统中的所有干扰都被认为是集总干扰并由设计的NCESO估计,通过滑模控制可从系统输出通道中消除集总干扰的影响。最后,将本文提出的控制方法与线性级联扩张状态观测器和状态反馈结合的复合控制方法进行了对比仿真实验。仿真和实验结果表明,本文提出的方法具有更好的干扰抑制和动态响应性能,内框架角速度波动从0.5(°)/s减小到0.2(°)/s,外框架角速度波动从0.45(°)/s减小到0.15(°)/s;跟踪正弦参考信号时,速度跟踪误差从1.8(°)/s减小到1.2(°)/s,相位滞后从8°减小到1.3°。     

基于扩张状态观测器的永磁同步电机低速滑模控制

为了解决传统滑模控制高性能与系统抖振之间的矛盾,提高基于永磁同步电机驱动的航空光电平台系统的可靠性和指向精度,本文提出了一种新型滑模控制器趋近律,该趋近律可以有效削弱系统抖振并达到更好的跟踪效果。在此基础上,为提高扰动观测器的带宽以提升观测的准确性,将扩张状态观测器引入到光电稳定平台伺服系统中以观测系统的总和扰动,并将观测到的总和扰动补偿进滑模控制器,以更好地抑制系统抖振并提高系统抵抗外扰的能力。实验结果表明,本文提出的滑模控制器结合扩张状态观测器的方法明显优于传统的PI+DOB的控制方法。在匀速跟踪实验中,系统的位置指向误差的RMS值仅为0.005 7°,完全满足航空光电稳定平台的需求,约是经典PI+DOB控制方法精度的3倍;在正弦波跟踪实验中,本文提出的方法很大程度减小了速度跟踪的相位滞后,位置指向误差仅为PI+DOB方法的1/6;在三角波跟踪实验中,位置指向误差RMS值约为PI+DOB的1/3。     

基于神经网络极限学习机数据融合的共轴跟踪

为了在光电跟踪伺服系统中实现共轴跟踪,采用神经网络极限学习机(ELM)对光电跟踪系统设备的运动状态及脱靶量进行了学习、训练和融合,得到了目标的速度和加速度信息.通过算法优化减少了ELM系统大约50％的运算量,使运算周期约为3.5 ms,满足光电跟踪系统的实时性要求.仿真结果表明,当目标运动速度为50°/s、加速度为30(°)/s2时,预测的目标速度在峰值时的误差大约为±3(°)/s.最后,通过跟踪光学动态靶标进行了共轴跟踪实验验证.结果显示,系统最大跟踪误差由速度、位置闭环时的11.35'减小到0.88',随机误差由8.2″减少到7.6″.与其它控制方法相比,提出的方法具有更高的实时性和精确度,能有效提高系统的跟踪精度.     

光电跟踪平台的观测自适应控制器

为解决导引头稳态跟踪精度与快速目标跟踪能力难以兼容的问题,建立了导引头伺服系统模型,通过分析传统PID控制策略的优势和缺陷,提出了改进自适应控制算法的研究思路。首先,利用自适应方程调节控制器参数以满足对不同速度目标的跟踪能力,并且通过非连续性观测投影对自适应参数进行控制,保证自适应参数始终处于和当前状态匹配的范围内。此外,利用状态识别控制提高响应速度并抑制快速跟踪时带来的噪声放大问题,同时通过线性反馈保证系统对随机扰动的鲁棒性。最后,利用自抗扰控制的过渡函数解决跟踪环带给速度环的超调问题。通过某型号导引头的实验测试,跟踪12(°)/s的运动目标时,观测自适应控制器输出的视线角速度的动态误差为0.05(°)/s(标准差),相比比例制导减小了53%;跟踪10(°)/s以下的目标时,超调量控制在8%以内,动态误差小于0.046(°)/s。结果表明,该算法可以提高光电平台的自适应性和跟踪精度。     

基于Backstepping的改进等速趋近律AGV滑模轨迹跟踪控制方法

针对自动导引小车(AGV)轨迹跟踪过程中如何快速平稳消除行进所产生的距离和角度误差问题,提出了一种改进等速趋近律的滑模轨迹跟踪控制方法。在全局坐标系下建立了AGV运动学模型,基于反演算法(Backstepping)处理非线性系统的控制策略得到AGV的滑模切换函数,从而解决了非线性系统滑模控制切换函数难的问题;为了更好地实现AGV从任意初始的偏差状态达到滑模切换面,针对等速趋近律中ε常数对趋近过程的影响,通过连续的函数取代原趋近律中的符号函数,得到基于改进等速趋近律AGV滑模控制的切换函数式和轨迹跟踪的控制律式。通过仿真数据与实验结果表明,所提出的轨迹跟踪控制方法能够使AGV在不同转弯半径和不同速度下均能实现较快的误差纠偏,并最终使系统趋于稳定。     

基于矢量控制的BLDCM新型滑模控制器

针对反电动势为正弦波的直流无刷电机控制效率问题,研究了其控制方式,采用了矢量控制方法代替传统的方波控制,以提高电机运行效率,设计了一种新的指数趋近律积分型滑模控制器(sliding mode control,SMC),提高了直流无刷电机控制系统的抗干扰性及速度跟踪性。在滑模控制中引入新的趋近律可有效地抑制抖振问题,提高了滑模面的趋近速度,同时使得系统的超调得到显著的降低。采用了边界层可变的正弦饱和函数替代开关函数进一步削弱抖振,并对其进行了理论分析。最后根据所设计的控制方式通过Simulink进行了仿真验证。研究结果表明,所设计的速度控制器较传统的滑模控制器及积分型滑模控制器具有更好的抑制抖振和速度跟踪性能。     

基于组合趋近律的差速AGV高精度路径跟踪技术研究

为了提高AGV路径跟踪的精度和稳定性,针对最常用的差速AGV系统,先将系统离散化,得到离散AGV系统状态方程,再结合指数趋近律和变速趋近律两种趋近律进行滑模控制,提出了一种基于组合趋近律的离散AGV系统滑模控制方法,优化AGV小车在小偏差下路径跟踪的效果。通过工厂应用测试,在对接最大允许误差5 mm的测试条件下,验证了该方法可以避免AGV小车路径跟踪时起始摆动大和高频抖动的缺点,实际测得车身横向摆动误差5 mm。     

磁悬浮系统的变速趋近律滑模控制

为了抑制常规滑模控制在磁悬浮系统控制中的抖振问题,应用一种变速趋近律方法设计磁悬浮系统滑模控制器.控制器将系统的状态范数引入滑模控制律,以自动调整变结构切换控制项的增益,控制信号抖振幅值能够逐步衰减,并引导系统渐近稳定到原点;利用Lyapunov稳定性理论验证了系统的稳定性,并给出了控制器参数设计的依据;仿真实验结果表明,基于变速趋近律的磁悬浮系统滑模控制策略具有良好的动、静态性能和较强的鲁棒性.     

基于扰动观测器的永磁同步电机电流环自适应滑模控制

针对扰动对永磁同步电机转速伺服系统性能的影响,提出了基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法。设计了自适应律在线估计系统的内部参数摄动以补偿模型不确定性扰动。同时,设计了滑模扰动观测器实时估计系统外部负载扰动,并将观测值前馈补偿到电流环自适应滑模控制器,在提高系统鲁棒性的同时降低滑模控制系统的抖振。实验结果显示,采用基于扰动观测器的电流环自适应滑模控制方法,系统可快速、准确、无超调地跟踪900r/min的速度指令,调节时间为0.08s,稳态误差为±5r/min。加入0.6N·m的负载扰动,该控制方法的最大转速波动为21r/min,比PI控制方法的转速波动减小了3.4%。仿真和实验结果表明,基于扰动观测器的电流环自适应控制方法提高了永磁同步电机转速伺服系统的鲁棒性和动态响应性能,同时可有效抑制滑模控制系统的抖振。     

基于微分几何的离合器接合过程速度跟踪滑模控制

针对离合器控制系统中存在的非线性、外部干扰和参数不确定问题,提出了基于微分几何的离合器接合过程速度跟踪滑模控制方法。考虑系统参数的不确定性和外界干扰等不确定因素,建立了单个离合器起步动力学模型;基于微分几何的反馈线性化方法,得出系统的控制律;采用基于趋近律的滑模控制方法,设计了存在不确定干扰的离合器控制系统滑模控制器。利用Lyapunov理论对系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明该控制器使离合器接合过程的速度跟踪精度高,且鲁棒性好。     

基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略

针对传统带有滑模观测器的永磁同步电机控制系统中转矩脉动大、抖振明显、反电动势估计精度差等问题,提出基于模糊滑模控制和两级滤波滑模观测器的PMSM改进控制策略.首先,在速度环提出基于双曲正弦函数的新型趋近率,结合模糊控制思想对趋近率参数实现自整定,设计了一种基于新型趋近率的模糊积分滑模速度环控制器,并且对新型趋近率的抖振抑制效果给出严格分析.其次,提出基于变截止频率低通滤波器和修正反电动势观测器的两级滤波结构,抑制反电动势中的高频分量和测量噪声,并对转子位置进行合理补偿,继而设计了两级滤波滑模观测器;通过Lyapunov判据对本文提出控制策略的稳定性进行了推导证明.仿真和实验结果表明,与传统滑模观测器相比,改进的控制器使电机在启动和受到外部扰动时系统响应良好,有效改善了转矩脉动、抖振、反电动势的估计精度等问题.     

利用动态靶标谐波特性评价光电经纬仪的跟踪性能

提出了一种利用动态靶标实现光电经纬仪跟踪性能等效正弦评价的新方法。分析了动态靶标目标及相应跟踪误差的幅度谱和功率谱特性,提出将动态靶标看作由有限项基频谐波和整数倍基频高次谐波的加权和组成的谐波源。根据被检光电经纬仪跟踪性能设计等效正弦信号,利用动态靶标产生与等效正弦信号同频率的谐波信号完成光电经纬仪跟踪误差系统在该频率下幅频特性函数值的测试。等效正弦的幅值和测得的幅频特性值乘积即为跟踪等效正弦信号的跟踪误差最大值,从而实现了跟踪性能评价。利用该方法测得方位方向的最大跟踪误差为0.65′,远小于4′的指标要求,而利用动态靶标直接检测的值为4.7′。实验表明该方法准确、可行,同时避免了直接利用动态靶标检测时可能使跟踪伺服系统出现过度校正的问题。     

永磁同步电机位置伺服系统改进变结构自抗扰控制

为进一步提高传统变结构自抗扰控制器的控制精度,增强永磁伺服驱动系统的抗干扰能力,提出一种改进变结构自抗 扰控制策略。 该方法在基于变结构原理设计的扩张状态观测器中引入位置、速度的观测误差以实现状态变量的无差估计,采用 基于指数趋近律设计的非线性状态误差反馈控制律实现线性控制与非线性控制的平滑过渡,并在此基础上引入位置跟踪误差, 提高伺服系统的跟踪性能。 通过实验分析比较了改进变结构自抗扰控制与传统变结构自抗扰控制两种控制策略,结果显示改 进控制策略较传统控制策略的位置跟踪误差减少了约 30% 。 当负载突变时,传统控制策略的跟踪误差约为负载突变前最大跟 踪误差的 3. 4 倍,而改进变结构自抗扰控制策略仍能准确跟踪给定信号。     

农业轮式移动机器人自适应滑模路径跟踪控制

针对不确定性干扰影响下的农业轮式移动机器人鲁棒自适应路径跟踪问题,提出一种非时间参考的自适应滑模路径跟踪控制方法。首先,选择合适的非时间参考量,建立面向移动机器人路径跟踪控制器设计的相对运动学模型,摆脱了时间和速度因素的影响。其次,对传统的指数趋近律进行改进,设计了新型的快速趋近律。此外,引入RBF神经网络对不确定性干扰进行实时估计,进而提出一种基于新型趋近律的自适应滑模控制方法,并对其性能进行了理论分析与证明。该控制方法既消除了抖振现象又提高了轮式移动机器人在不确定性干扰作用下的路径跟踪性能。最后,通过仿真验证了提出方法的有效性和优越性。     

基于分段弧形永磁同步电机的4m望远镜控制系统

为了满足4 m望远镜控制系统的驱动能力和跟踪精度要求,本文介绍了基于分段弧形永磁同步电机的望远镜伺服控制系统设计方法。首先,介绍了基于分段弧形永磁同步电机的控制系统组成;其次,给出了望远镜伺服系统的控制模型辨识方法;然后,为了实现望远镜大角度调转和小角度阶跃过程中,系统位置响应快速、无超调,设计了基于系统最大速度和加速度信息的位置指令整形算法;最后,介绍了望远镜控制系统的位置和速度控制策略,并进行了望远镜的跟踪控制实验。实验结果显示,当望远镜进行10°的大位置调转和0.2°的小位置阶跃时,伺服系统能够快速、无振荡地到达指定位置;望远镜在10 (°)/s速度和3 (°)/s^2加速度条件下的正弦引导误差最大值为2.636″,稳态误差RMS值为0.673″。实验结果表明,所设计的基于分段弧形永磁同步电机的伺服控制系统能够满足4 m望远镜驱动和跟踪精度的要求,为下一代大口径望远镜控制系统的设计提供了参考。     

基于模糊幂次趋近律的漂浮基空间机器人快速滑模控制

针对空间机械臂轨迹跟踪控制过程中的抖振抑制问题,讨论了一种基于模糊幂次趋近律的快速滑模变结构控制方法。首先运用拉格朗日第二类方程,建立了空间机械臂系统的动力学模型。然后对机械臂的传统滑模面进行改进,设计了一种快速非线性滑模面。利用模糊控制理论,设计了一种模糊幂次趋近律,使机械臂抖振抑制的效果明显,同时也保证了系统的轨迹跟踪控制效果。通过Lyapunov稳定性分析定理,验证了系统的稳定性和收敛性。最后用仿真实验结果证明了所设计控制方法的有效性和可行性。     

并联机器人轨迹跟踪离散变结构鲁棒控制器设计

本文根据并联机器人支撑杆教学模型参数摄动较大和时变的特点,设计了一种用于并联机器人轨迹跟踪的离散滑模变结构鲁棒控制器,通过引入变速趋近律,控制系统响应速度快,对参数摄动和外界干扰具有较强的鲁棒性,仿真研究结果表明,本文的控制方案能实现较高精度的快速轨迹跟踪,同时可削弱或避免通常变结构控制中不可避免的抖振。