磁悬浮控制力矩陀螺高速转子的高精度位置控制

在受到陀螺效应、动框架效应等影响后产生的磁力非线性问题是磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)高速转子位置精度下降的主要因素。为解决以上问题,提高转子位置精度,本文分析了转子所受磁力的特性,建立了转子系统非线性动力学模型,提出了神经网络滑模控制方法。设计滑模控制律,采用径向基函数神经网络逼近控制律中的非线性模型,自适应算法根据误差在线调整神经网络的权值,同时可以保证整个系统的稳定性。仿真和实验结果表明,所提出方法的转子位置精度达到99%,稳态误差为0.000 2 mm。神经网络滑模控制可以实现MSCMG转子系统的高精度位置控制。     

电液伺服系统滑模PID同步控制研究

为研究对称式三辊卷板机上辊两侧液压缸的同步控制问题,在原有单缸位置控制试验台的基础上,搭建了同步控制试验台。首先分析了试验台结构并进行了数学建模,然后基于建立的模型结合指数趋近律,设计了对系统参数变化及外干扰具有不变性的滑模控制器,最后在试验台上进行了同步控制试验,并对比分析了PID同步控制方法和滑模PID同步控制方法对系统的影响。结果表明,滑模控制有效提高了PID控制的同步精度,使得两缸动态误差控制在3mm/180mm之内,最终的位置误差控制在0.4mm/180mm之内。     

基于同位加速度负反馈的振动主动控制研究

基于同位加速度传感/压电驱动的反馈方法,对用扬声器进行声激励的四面固支铝板开展多模态振动主动控制研究。根据实验模态分析的结果,确定了传感和驱动的位置。经过压电片传感/压电片驱动和加速度传感/压电片驱动两种方案的对比,选择了能观性和能控性较好的加速度传感方式。在正位置反馈控制律（positive position feedback,简称PPF）的基础上,以加速度信号进行反馈控制律的设计,提出基于加速度负反馈控制方案 (negative acceleration feedback,简称NAF),并对其进行稳定性和控制机理分析。控制时以加速度信号作为评价指标,对64和158 Hz两个模态分别进行单模态和多模态控制。结果表明,基于加速度的反馈控制可以大幅度降低铝板的振动,最大控制效果可达11 dB,远大于PPF的控制效果,对单模态和多模态均能实现有效的振动控制。     

合成射流基微泵的控制律

通过对合成射流流场数值分析,得到合成射流鞍点特征及可控特性。基于对合成射流鞍点特征及其随激励条件变化规律的分析,获得调节合成射流基微泵的控制律。通过对调节控制和未调节控制下微泵的流体力学分析,对微泵控制律进行考核验证。验证结果显示：改变激励条件并相应调节分流板位置,合成射流新产生的“涡对”保持良好,微泵工作于设计状态;而分流板未控制调节下,由于分流板处于合成射流“涡对”形成和发展的关键区域,严重阻碍和破坏了合成射流“涡对”的形成和发展,合成射流对周围流体的卷吸量显著减小,微泵工作远离设计状态,泵流流量显著减小。研究结果表明：分流板控制律对微泵的控制是行之有效的,若激励器振动膜的振动幅值与激励电参数的关系已知,则可由改控制律得到微泵的电参数控制律,从而可以实现微泵的智能化控制。     

磁悬浮系统的积分滑模自抗扰控制

针对磁悬浮系统存在着非线性、时滞和易受到其它不确定性因素干扰的问题，首先建立了单自由度的磁悬浮系统模型，提出一种基于积分滑模自抗扰的位置控制算法。算法利用扩张状态观测器对悬浮球的位置和未知干扰进行估计，再将估计的位置信息和干扰项用于控制的反馈和控制量的补偿。将积分滑模控制引入到非线性状态误差反馈控制律中，设计了积分滑模自抗扰控制器，并根据Lyapunov理论对控制系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明，所设计的积分滑模ADRC控制器实现了对磁悬浮球的位置控制，对系统存在的内外扰动和不确定性具有较强的鲁棒性，同时能对设定位置信息进行跟踪，并有较好的动态特性。     

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。     

基于模糊滑模控制的数控机床位置伺服系统北大核心

针对数控机床位置伺服系统这样一个多变量、强耦合且参数不确定的非线性系统,为了提高位置伺服系统的响应特性,在研究普通滑模控制的基础上给出自适应模糊滑模切换控制策略,给出了自适应模糊滑模切换控制算法,设计了基于自适应律的模糊滑模控制器,采用Lyapunov分析证明了基于该控制器的位置伺服系统的稳定性。搭建了基于AD5435的半实物仿真实验平台,分别将PID控制、普通滑模控制以及切换模糊化自适应滑模控制进行半实物仿真验证。实验结果表明该控制算法不但可以提高位置伺服系统的动态和静态特性,而且具有较强的抗干扰性。     

基于改进自适应算法的机械臂位置/力控制研究

传统机械臂末端与环境接触时对位置和接触力单独控制,造成控制不精确,收敛时间较长,针对这一问题,提出一种改进自适应控制策略。首先,考虑了实际存在的环境刚度,对机械臂系统从关节空间到笛卡尔空间进行坐标变换,将两个控制信号整合到同一坐标下;其次,在同一笛卡尔空间下,将坐标分为切向位置空间和法向接触力空间,实现由控制位置和力两个物理量到控制一个轨迹物理量的简化;然后,在改进自适应算法的自适应律中引入参数误差,设计动力学控制器修正机械臂参数,并利用Lyapunov理论证明了闭环系统稳定性;最后,经过仿真验证,不仅在位置跟踪和力控制方面缩短收敛时间,而且参数估计方面也能缩短收敛时间,提高收敛精度,说明了该方法的实用性和有效性。     

基于滑模控制的高速大惯性电液位置伺服系统研究

针对一个具有高速、控制精度要求高的大惯性电液位置伺服系统,通过理论分析和实验测试,确定了系统的主要特征参数,并建立了与实际系统相吻合的数学模型。根据系统自身的特性和控制指标的要求,采用了基于指数趋近律的滑模控制策略。在仿真实验验证控制方法有效性的基础上,将其应用到了实际系统。系统的测试结果表明,被控对象具有平稳的动态过程和理想的位置控制精度,性能达到了使用要求。     

起重机悬挂负载系统位置控制实验研究

在起重机工作时，负载围绕吊装线旋转，存在定位困难的问题，为此，以动量轮为执行机构，提出了一种基于角动量守恒定律的悬挂负载系统姿态控制方法。首先，对悬挂负载系统的机理与结构进行了研究，用欧拉角描述法推导出了系统的运动学方程，并基于角动量守恒定律对系统进行了动力学建模；然后，对系统的稳定性进行了研究，采用比例积分与比例微分(PI+PD)混合控制律，实现了对俯仰方向旋转位置的控制目的；并设计了比例微分(PD)控制律，抑制了外部干扰对俯仰方向旋转产生的摇晃；基于MATLAB的Simulink环境对系统进行了风力扰动下的仿真实验；最后，搭建了样机实验平台，进行了实际过程测试，结合测试结果对仿真结果进行了验证。研究结果表明：所设计控制律有效，位置控制角度误差达到10^-2量级；解决了负载旋转定位困难的问题，抑制了外部干扰对俯仰方向旋转所产生的摇晃。     

基于级联滑模控制的高精度光电跟踪与捕获

为了进一步提高光电跟踪系统的目标捕获和跟踪性能,提出了一种基于变增益趋近律的级联滑模控制方法。基于反双曲正弦函数和幂次项设计了新型变增益滑模趋近律,在提高滑模面趋近速度的同时抑制滑模抖振现象;基于变增益滑模趋近律设计速度环和位置环滑模控制器构成级联滑模控制,以提高系统的动态响应性能和鲁棒性,提高系统对目标的捕获能力和跟踪精度。最后,以某球形光电跟踪系统的方位轴作为控制对象,进行了传统级联PI控制和级联滑模控制方法的对比分析。实验结果表明,相比于传统级联PI控制,捕获速度为1(°)/s的目标时,级联滑模控制可以将目标捕获时间减小32%;跟踪等效最大速度为4(°)/s和最大加速度为2(°)/s 2的正弦引导信号,可将跟踪误差RMS值减小31%,采用级联滑模控制可有效提高跟踪系统的控制性能。     

Predictive IP controller for robust position control of linear servo system

Position control is a typical application of linear servo system. In this paper, to reduce the system overshoot, an integral plus proportional (IP) controller is used in the position control implementation. To further improve the control performance, a gain-tuning IP controller based on a generalized predictive control (GPC) law is proposed. Firstly, to represent the dynamics of the position loop, a second-order linear model is used and its model parameters are estimated on-line by using a recursive least squares method. Secondly, based on the GPC law, an optimal control sequence is obtained by using receding horizon, then directly supplies the IP controller with the corresponding control parameters in the real operations. Finally, simulation and experimental results are presented to show the efficiency of proposed scheme.     

交流电机位置伺服系统的扰动补偿控制

针对交流电机伺服系统在未知负载条件下进行准确位置控制的需求,提出了一种参数化复合控制方案。该方案建立在交流电机磁场定向矢量控制构架的基础上,以转矩电流作为控制信号(电流内环的给定值),以电机转角位置信号作为可量测的系统输出量,设计了基于极点配置的状态反馈与扰动前馈补偿组成的参数化控制律,并利用一个降阶线性扩展状态观测器对电机转速(未量测)和未知负载扰动加以估计。该控制律通过TMS320F28335DSP编程,在一台永磁同步电机伺服系统上进行了实验测试,实验结果验证了伺服系统能在未知负载情况下对各目标位置进行平稳且准确地跟踪。研究结果表明,这种基于扩展状态观测器的复合控制方案可以有效地实现交流伺服系统的高性能位置调节,且对负载幅值和模型参数差异具有较好的鲁棒性。     

柔性机械臂非并置式模型参考自适应控制

推导了单连杆柔性机械臂的动力学模型,研究其末端位置的模型,参考自适应控制。在推导动力学模型时,使用刚性模态和多个弹性模态使单连杆柔性机械臂等效为一个多自由度的机械多体动力系统。在研究末端位置的弹性振动抑制方法时,使用了振动主动控制方法,用线性化模型的最优状态反馈方法构造模型、Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论推导了模型状态跟踪的自适应控制率,用ＬＱＲ方法推导末位置调节控制主。用模型状态跟踪和末端位置跟踪两     

基于智能PID算法的爬壁机器人位置伺服控制方法

针对爬壁机器人实际与理想作业位置偏差过大的问题,提出了基于智能PID算法的爬壁机器人位置伺服控制方法。通过分析爬壁机器人的运动状态,构建爬壁机器人的运动学模型,获取爬壁机器人的运动规律和其位姿变化特征。运用智能PID算法对爬壁机器人的位置实施伺服控制,利用遗传算法不断调节机器人控制参数,得到最佳适应度函数,生成全局最优的PID控制参数。根据爬壁机器人运动状态得出控制终止条件,获取最终的位置伺服控制结果,实现爬壁机器人位置伺服控制。实验结果表明,所提方法的位置伺服控制稳定性较好,能够有效提高位置伺服控制精度,增强抗干扰性。     

基于非线性干扰观测器的自动弹仓终端滑模控制

针对某自动弹仓位置控制过程中的负载变化和不确定性干扰，设计了基于干扰观测器和非奇异快速终端滑模的复合控制策略，建立了自动弹仓的不确定性动力学模型。干扰观测器用于估计系统复合干扰，估计值用于补偿滑模控制器以增强控制器的鲁棒性和抗干扰能力。运用Lyapunov准则证明了系统闭环稳定。所提算法和PID算法的对比实验结果显示，设计的控制律实现了自动弹仓位置的精确控制，具有良好的鲁棒性，有效提高了自动弹仓的定位稳定性。     

基于死区补偿的电液位置伺服系统自抗扰控制

针对电液位置伺服控制系统的比例阀死区、参数不确定及外部未知扰动等问题,设计了由自抗扰控制器与死区逆补偿构成的串联控制器。首先基于实验辨识构造死区逆模型对死区进行预补偿,然后根据系统特性设计了一阶自抗扰控制器,构造改进的扩张状态观测器对“总扰动”进行实时估计,并通过非线性控制律给予主动补偿。联合仿真与试验结果表明,所提出的串联控制器有效地补偿了比例阀死区,提高了系统动态性能和位置跟踪精度。     

基于递归型小波神经网络的感应电动机伺服驱动系统自适应控制

针对感应电动机伺服驱动系统具有的多变、强耦合、慢时变等非线性特性和不确定性扰动,传统的位置速 度PID控制策略不能保证轨迹跟踪的精度和良好的动态品质的问题;保证系统对系统内部参数波动和外界不确定 性扰动具有较好的鲁棒性,在矢量控制策略的基础上,提出了基于递归型小波神经网络的自适应控制方案。神经 网络参数的在线学习机制采用delta自适应律并结合了BP算法和梯度下降法,算法简单,计算量大大减少。仿真 的结果验证了方案的有效性。