多缸同步提升电液系统建模和控制

针对多缸同步提升电液系统,在分析系统运动的数学模型和液压缸的冗余性问题后,提出一种具有二级的非线性系统控制器。该控制器的外环级采用线性多输入多输出系统的定量反馈控制理论和冗余性分析策略,以获得多缸同步运动所需的各缸期望负载压力；内环级由n个基于扰动观测的单输入单输出液压缸非线性负载压力控制器组成,用于在有扰动情况下实现对每个提升缸期望负载压力的精确跟踪控制。以四缸同步提升系统为实例的运行结果表明,该控制策略可以有效地实现多缸运动同步控制。     

非线性SISO扰动观测器在200 MN双缸油压机同步控制系统中的应用

为解决200MN油压机双缸同步运动问题，提出了一种新的电液同步运动控制方法：在用线性多输入-多输出(MIMO)鲁棒控制技术设计的同步运动控制器作为外环输出的基础上，为每一个液压缸设计了基于压力控制的单输入-单输出的扰动观测器作为内环控制，以解决电液同步运动控制问题，试验结果证明以上方法有效。     

四缸驱动起模机非线性PID同步控制研究

针对翻转起模机中四缸同步驱动起模过程存在的同步性能较差的问题,设计了四缸伺服同步驱动系统,建立了起模过程的非线性动力学模型。根据起模过程中的跟踪性能和同步性能指标要求,结合输出变量的二阶泰勒矢量展开、最优控制原理和非线性扰动观测器设计理论,提出了一种类似经典PID控制器结构的非线性PID同步控制策略。仿真和实际应用结果表明,该控制策略比常规PID同步控制策略具有更好的跟踪性能和同步驱动性能。     

扩轧管电液伺服系统非线性建模与控制

为了研究阀控缸机构的非线性对电液伺服系统控制性能的影响,以钢管生产过程中的扩轧管电液伺服系统为背景,首先通过分析非对称比例(伺服)阀的电信号输入到阀芯位移和阀芯位移到非对称液压缸活塞位移输出过程的非线性特性,建立非对称阀控非对称缸机构的非线性数学模型以描绘实际系统;其次根据实际系统模型的级联性特点,提出了一种融合定量反馈控制理论和扰动估计理论的非线性控制策略,实现了对负载运动和负载压力非线性的分级控制;最后以常规PID控制为基础,对提出控制策略的有效性进行相应的仿真和实际控制对比.结果表明,该控制策略具有更好的系统稳态和动态响应性能,可应用于解决工程实际问题.     

高大空间火灾模拟及探测平台电液同步驱动控制

为开展高大空间建筑火灾探测报警和自动灭火技术研究,一个面积为1 089 m2 (33 m×33 m)的高大空间火灾模拟及探测平台需要在距地面3～24 m的竖直净空高度范围内,根据试验要求任意的调节定位.针对负载空间跨度大、升降行程长、强耦合等特点,提出三点机械配重+三点柱塞缸电液同步驱动的升降控制方案.通过对电液同步驱动系统的设计及其工作机理的讨论分析,建立系统的数学模型,并针对系统存在的大惯性、强耦合、强非线性、模型参数不确定以及时变等特点,应用模糊集合理论设计一种模型参考模糊自适应同步控制算法,通过三个独立的模型参考模糊自适应控制器分别实现三个阀控柱塞缸对同一个期望参考模型动态和稳态输出特性的实时跟踪控制,从而实现平台的精确同步驱动控制.试验结果验证了该升降平台驱动方案设计的合理性和控制方法的有效性及鲁棒性,升降平台在三个柱塞缸提升点处的动态同步误差小于±5 mm,稳态同步误差小于±1 mm.     

直接驱动型机械手的变结构控制

针对直接驱动型机械手的随动控制问题,提出了一种基于滑动模态扰动观测器的变结构控制器.通过观测由系统的非线性、模型的不确定性和外来干扰所造成的广义扰动,将非线性、强耦合的机械手动力学系统线性化,并解耦为多个单输入、单输出线性系统.控制器的设计不再依赖于机械手的精确模型.在二连杆机械手上做的仿真研究表明,在负载大范围变化的条件下,采用滑动模态扰动观测器的控制系统,比全状态反馈的控制系统具有更好的鲁棒性.     

一种新型的逆变器双环控制技术

提出了一种逆变器双环控制技术,该方案内环为单周期控制,外环采用K系数法设计的补偿器.仿真结果证明了该控制策略最显著的优点是：对输入电压的大扰动具有很好抑制性、负载变化时具有鲁棒性以及带非线性负载时高品质的输出波形.     

工程机械液压底盘模拟实验台双马达同步技术研究

单变量泵驱动双变量马达速度同步控制系统是一个具有耦合、非线性特点的多输入多输出系统，也是工程机械液压底盘模拟实验台研制中的技术难点。提出了一种基于流量均衡控制与压力、速度之和反馈相结合的控制策略。仿真验证表明，采用该方案控制下的单泵双马达系统即使在经受不同载荷干扰时也能保持系统稳定，并可快速同步到设定的速度。该方法无需解耦，简单易行，适用于工程车辆同步控制。     

基于神经网络的流涎机组多电机同步控制研究

针对流涎薄膜生产机组多电机同步控制系统的非线性、时变、容易受负载扰动等特性,提出了基于神经网络PID控制器与偏差耦合控制结构相结合的多电机同步控制策略,设计了神经网络PID控制器,并进行了仿真和实验。结果表明：该控制算法稳定性能高、鲁棒性能好、收敛速度快,能够有效克服外部扰动和参数变化带来的同步误差,相对于传统的同步控制方案能够更好地实现流涎机组的多电机同步控制。     

单神经元PID在多电机控制中的应用

本文通过对多电机同步控制的原理及其特点分析,设计了具有自学习和自适应能力的单神经元PID同步控制器,建立了单神经元PID控制规则,提出了多电机同步控制的单神经元PID学习算法。系统仿真结果表明,运用单神经元自适应PID控制器能有效实现多电机同步控制,收敛速度较快,鲁棒性较好,且抗干扰能力强。最后,基于MCF5235微控制器,通过VxWorks实时嵌入式操作系统,应用于四轴同步控制系统,结果表明单神经元自适应PID同步控制器能大大增强系统的动态性能,有效缓解负载带来的同步误差,在相同扰动情况下,该方法能更好的使多电机以一定速度同步运行。     

多连杆柔性机械手末端位置的非线性预测控制

讨论了多连杆柔性机械手末端位置的控制问题。给出了一种非线性预测与刚性运动ＰＤ 反馈相结合的混合控制器,该方法可避免逆动力学反馈控制遇到的零动力学不稳定问题,稳定性分析表明,单纯非线性预测控制和ＰＤ 控制都不易保证闭环系统的稳定性,而两种方法的混合控制可保证闭环系统的稳定性。通过一个双连杆柔性机械手的仿真表明,本文提出的控制方法可实现多连杆柔性机械手末端轨迹的准确跟踪,并能消除柔性机械手的弹性震动。     

6自由度水下机器人动力学分析与运动控制

对6自由度水下机器人的动力学与运动控制进行研究。首先考虑重力、浮力、推力以及水动力的影响,建立水下机器人的动力学模型,对机器人的复杂水下动力学行为进行描述。在此基础上,根据解出加速度法设计非线性控制器,包括内外两个控制回路。其中外控制回路根据机器人实际轨迹与期望轨迹之间的偏差进行负反馈控制,内控制回路根据机器人动力学特性引入非线性补偿,把机器人转化为一个更易于控制的线性系统,从而准确实现对理论轨迹的跟踪。最后对水下机器人跟踪目标进行运动控制仿真。从仿真结果可以看出,利用该方法可以使水下机器人具有良好的轨迹跟踪能力。     

两非对称液压缸同步举升系统的自适应跟踪控制

针对由两个非对称液压缸组成的电液伺服同步举升系统,首先建立了该系统的非线性耦合模型,并在该模型的基础上设计出一种鲁棒自适应跟踪控制器。该控制器利用多变量后推设计方法实现了液压缸对目标轨迹的跟踪控制以及同步控制,并结合参数自适应律解决系统中某些参数的不确定性问题。整个控制律的设计过程通过Lyapunov函数方法保证系统的稳定性。为验证该控制律,使用AMESim软件构建两非对称液压缸同步举升系统仿真模型,仿真结果验证了提出方法的有效性。     

液压驱动6自由度运动模拟器动力机构控制策略研究

目前,非对称缸动力机构作为驱动部件被广泛应用于液压驱动6自由度运动模拟器,其控制器设计备受关 注。首先推导出了阀控非对称缸动力机构的通用非线性数学模型,在此基础上提出了级联负载压力控制策略,使 得动力机构具有力发生器的特性,从而为进一步实现运动模拟器的分层控制打下了基础。对于每个非对称缸电液 位置伺服系统,考虑到模型不确定性及外干扰的存在,运用滑模变结构控制方法设计外层镇定控制器,实现了对 液压动力机构的镇定及对外界干扰的抑制。同时作为比较,还设计了状态反馈控制器。仿真结果表明提出的控制 策略是有效的、合理的。     

采用炉膛辐射信号的锅炉燃烧系统模糊神经网络预测控制的仿真研究

针对火电厂燃烧过程中主蒸汽压力控制系统的大时滞、大惯性和非线性 ,采用以炉膛辐射信号为中间被调量的串级控制系统 ,并设计一个基于神经网络预测模型的模糊神经网络控制器作为主控制器。该控制器首先将神经网络与预测控制相结合 ,采用递阶遗传算法对神经网络的结构和权值分别进行训练 ,以实现非线性、大时滞系统模型的精确预测 ;然后将模糊控制与神经网络相结合 ,实现模糊神经网络预测控制。考虑到炉内剧烈的湍流燃烧造成炉膛辐射信号包含随机分量 ,又设计了一个附加判断器的二自由度 PID控制器作为副控制器。仿真结果表明 ,该方案显著提高了非线性、大时滞燃烧系统的控制品质 ,且易于工程实现     

Dual-user nonlinear teleoperation subjected to varying time delay and bounded inputs

A novel trilateral control architecture for Dual-master/Single-slave teleoperation system with taking account of saturation in actuators, nonlinear dynamics for telemanipulators and bounded varying time delay which affects the transmitted signals in the communication channels, is proposed in this paper. In this research, we will address the stability and desired position coordination problem of trilateral teleoperation system by extension of (nP+D) controller that is used for Single-master/Single-slave teleoperation system. Our proposed controller is weighted summation of nonlinear Proportional plus Damping (nP+D) controller that incorporate gravity compensation and the weights are specified by the dominance factor, which determines the supremacy of each user over the slave robot and over the other user. The asymptotic stability of closed loop dynamics is studied using Lyapunov-Krasovskii functional under conditions on the controller parameters, the actuator saturation characteristics and the maximum values of varying time delays. It is shown that these controllers satisfy the desired position coordination problem in free motion condition. To show the effectiveness of the proposed method, a number of simulations have been conducted on a varying time delay Dual-master/Single-slave teleoperation system using 3-DOF planar robots for each telemanipulator subjected to actuator saturation.     

Nonlinear robust dual-loop control for electro-hydraulic load simulator

This paper investigates on the high performance torque control of electro-hydraulic load simulator (EHLS). In order to suppress actuator׳s motion disturbance, a nonlinear robust dual-loop control scheme is developed, which consists of a open-loop nonlinear velocity feed-forward compensator and a closed-loop nonlinear deterministic robust torque controller. The main function of the open-loop compensator is to decouple actuator׳s active motion disturbance, whereas the torque loop controller aims at guaranteeing the dynamics performance of tracking torque reference. Besides actuator׳s motion disturbance, both the nonlinearity characteristics and friction problem of the EHLS system are taken into consideration in this paper. The effectiveness of the developed method are verified through comparative co-simulations and experiments.     

Fuzzy model predictive control of non-linear processes using convolution models and foraging algorithms

In this paper, a fuzzy model predictive control (FMPC) approach is introduced to design a control system for nonlinear processes. The proposed control strategy has been successfully employed for representative, benchmark chemical processes. Each nonlinear process system is described by fuzzy convolution models, which comprise a number of quasi-linear fuzzy implications (FIs). Each FI is employed to describe a fuzzy-set based relation between control input and model output. A quadratic optimization problem is then formulated, which minimizes the difference between the model predictions and the desired trajectory over a predefined predictive horizon and the requirement of control energy over a shorter control horizon. The present work proposes to solve this optimization problem by employing a contemporary population-based evolutionary optimization strategy, called the Bacterial Foraging Optimization (BFO) algorithm. The solution of this optimization problem is utilized to determine optimal controller parameters. The utility of the proposed controller is demonstrated by applying it to two non-linear chemical processes, where this controller could achieve better performances than those achieved by similar competing controller, under various operating conditions and design considerations. Further comparisons between various stochastic optimization algorithms have been reported and the efficacy of the proposed approach over similar optimization based algorithms has been concluded employing suitable performance indices.     

多缸调平系统模糊相邻耦合同步控制研究

针对调平系统的多液压缸同步控制研究,提出了一种基于模糊相邻耦合的控制方法。首先对调平系统受力及多缸控制系统进行分析,建立控制对象的非线性数学模型。对相邻耦合控制器进行设计,使用补偿器将相邻两根液压缸位置同步误差融合到液压缸控制器中,对于难以通过常规方法精确获得的补偿系数,使用模糊PID控制算法获取。通过MATLAB仿真和实验对模糊相邻耦合的同步控制方法进行测试,并使用主从同步控制方法进行对比分析。结果表明,使用模糊相邻耦合同步控制时,四根液压缸误差波动较小,并且在液压缸加减速阶段能快速将误差降低,具有较好的同步控制性能。