只利用旋臂旋转运动的起重机消摆控制

本文针对在起重机系统中由旋臂旋转运动产生的二维荷载摆角问题提出一种只基于旋臂旋转运动的控制方式来同时实现旋臂的位置控制和荷载的消摆控制。首先,采用干扰观测器导出起重机的部分线性模型。该模型对于关节摩擦,荷载质量等参数变化具有鲁棒性。其次,基于该模型设计一个非线性控制器,并应用李雅普诺夫稳定性定理确保控制系统的稳定性。最后,比较仿真和实验结果验证所提方法的有效性。通过使用此法可以实现一种无需控制旋臂起伏运动的执行机构的起重机,从而大大地简化其结构和降低其制造成本。     

基于S型曲线轨道的旋转起重机残留摆角抑制

旋转起重机被广泛地用于各种场合来运输沉重物体或有害材料,例如建筑工地,工厂,核设施以及港湾等。由于旋臂的旋转运动会使荷载产生一个二维摆角,因此针对此问题提出一种轨道生成的方式来同时实现旋臂的位置控制和荷载的残留消摆控制。首先,导出一个包含离心力项的起重机部分线性模型。其次,基于该模型通过数值计算生成预先考虑了残留摆角的S型曲线轨道。其中各个参数只需通过求解代数方程即可得到,降低了控制器设计的难度。同时该轨道可以应用于常用的工业控制器中从而降低了系统构建成本。最后,比较仿真和实验结果验证所提方法的有效性。通过使用此法可以实现在无测量摆角的传感器系统情况下准确地操作起重机,从而大大地简化其结构和降低其安装成本。     

风力发电机自适应鲁棒保性能控制器设计

本文针对变速变桨距风力发电机系统对于风能利用率、动态稳定性要求高的特点,建立了风能转换系统的线性参数变化（LPV）模型,给出了设计一个具有自适应机制的鲁棒保性能控制器的充分条件,进而设计出了一种新的自适应鲁棒保性能控制器。首先,运用自适应方法估计出系统的不确定参数,然后利用参数估计和鲁棒保性能控制方法设计系统的状态反馈控制器,其反馈增益阵是通过求解一组线性矩阵不等式（LMI）的约束而得到,并且满足某二次型性能指标。仿真表明,无论在低风速下还是在高风速下,控制器不仅使系统具有良好的动态特性和鲁棒性,而且使系统具有抑制外界干扰能力。     

电液伺服系统内模控制

针对电液位置伺服系统,提出了一种内模控制器设计方法.内模控制作为一种先进控制策略,其设计思路是将对象模型与实际对象相并联,控制器逼近模型的动态逆.考虑到内模控制对系统模型精度要求不高的特点,本文降阶简化了电液伺服系统的模型.基于此模型所设计的控制器,只有一个可调参数,且该参数直接与系统的动态特性和鲁棒性相关,整定方便,避免了控制器整定的随机性与复杂性.仿真研究和实验结果表明,内模控制可以有效地克服参数变化对系统性能的影响,使系统同时具有良好的目标值跟随特性和鲁棒性,实现了调炮误差小于±0.36mrad的高精度要求.     

基于加性分解的轧机液压伺服位置系统控制

针对具有参数不确定性、非线性模型和状态不可测的轧机液压伺服位置系统,提出一种基于加性分解(additive-state-decomposition,ASD)动态逆原理的控制算法。该原理首先将轧机液压伺服位置控制问题分解为两个子问题,即线性时不变主系统的跟踪问题和次系统的镇定问题,然后利用动态逆设计出系统的控制器,最后将所设计的控制器应用于某1 450 mm四辊可逆轧机进行仿真,并与传统PID轧机液压伺服位置系统控制进行对比分析。仿真结果表明:该控制器能够抑制外部负载扰动大幅度变化和不确定性因素对系统的影响,保证系统位置跟踪精度且具有良好的鲁棒性和平稳的控制输入,其效果优于PID控制。     

一种挠性航天器的自适应姿态控制与振动控制

挠性航天器三轴姿态控制与振动控制需要处理复杂的姿态运动学耦合、动力学力矩耦合、挠性模态与刚体的动力学耦合,以及在轨航天器挠性附件的参数不确定等问题。基于频带分离方法分别设计了姿态控制器和振动控制器,其中的挠性附件振动对姿态的影响以时变干扰模型进行考虑。利用奇异摄动理论,设计了姿态控制器。该控制器由快速角速度环和慢速角度环两回路组成,采用具有较强抗干扰能力的积分型SDRE（State-Dependent Riccati Equation）控制器进行姿态指令跟踪。对于挠性振动,设计了独立模态控制的正位置反馈（PPF）控制器,通过对一阶控制器参数进行调节,使系统当存在结构不确定或参数变化的情况时仍能较好地收敛,保证了系统的鲁棒性。最后仿真表明了在干扰力矩下姿态的稳定性和振动的快速抑制。     

伴随型非线性系统的自适应RBF神经网络补偿控制

为了抵消伴随型非线性系统中的非线性项,可以设计控制器对非线性系统精确线性化.通常由于系统中存在外界不确定性因素导致系统模型的不确定,而不能直接设计控制器.利用"RBF神经网络能以任意精度逼近连续函数"的原理,对系统模型中的不确定项进行自适应辨识,并将辨识结果提供给控制器,从而实现伴随型非线性系统的神经网络自适应补偿控制.将控制器应用于起重机吊重摆角子系统,对摆角进行控制.实验结果表明:吊重摆角及其角速度约在5s后,得到了很好的控制,并且控制器对系统模型的不确定项的逼近误差约在5s时达到0;控制器对系统的不确定性因素和系统参数变化均具有很强的鲁棒性.     

Research on a pneumatic cylinder position servo system with long air hose based on sliding-mode control

针对长气管的时滞特性问题,进行了基于滑模控制的具有长气管的比例阀控气缸位移伺服控制系统的特性研究.在建立比例阀控气缸系统、气缸摩擦力及长气管的数学模型的基础上,采用线性化方法,对系统模型进行线性化,并在此基础上建立了滑模控制器.结合Matlab/Simulink进行了系统仿真,结果表明滑模控制能使该系统具有较高的控制精度及轨迹跟踪能力,且对气管长度及负载重量等系统参数的变化在较大范围具有较强的鲁棒性.最后,结合自主研发的具有长气管的气动核磁兼容针刺手术机器人,对该控制器进行了实验验证,实验结果表明其控制性能良好且具有较高控制精度.     

时滞光电跟踪系统鲁棒内模PID控制器设计

针对时滞光电跟踪提出了一种内模PID(IMC-PID)控制器设计与参数整定的解析方法.首先建立了系统的一阶时滞积分(FODI)模型,并用二阶加时滞(SOPDT)模型进行逼近,然后利用一阶Taylor表达式代替系统模型中的时滞项,导出了控制器参数的整定规则.特别是为了保证系统的鲁棒性,可以根据最大灵敏度解析计算内模PID控制器的可调参数λ_n.仿真结果表明,与常规方法相比,所提方法不仅提供了较好的设定值跟踪和扰动抑制特性,而且对于系统参数摄动具有更好的鲁棒性.另外,实验结果也证实了该方法能够提高系统跟踪性能和跟踪精度.     

基于S型曲线轨道的桥式起重机最优控制

针对桥式起重机荷载的残留摆动问题,提出一种基于S型曲线的轨道生成法实现残留摆动抑制。首先,导出桥式起重机的简易动力学模型。其次,基于该模型通过数值计算生成同时考虑了最短运输时间和残留摆动的最优S型曲线轨道。最后,比较仿真和实验结果验证所提方法的有效性。通过使用此法可以实现在无测量摆角的传感器系统情况下准确迅速地操作起重机,从而大大地简化其结构和降低其安装成本。     

MINIMUM-TIME TRAJECTORIES FOR REDUCING LOAD SWAY IN QUAY-CRANES

An investigation into near-minimum-time trajectory planning for a quay-crane is presented in this paper. A dynamic model that captures swinging and pitching motions of the load carried by the crane is developed. An algorithm to obtain near-minimum-time input commands for positioning the crane, that utilises the developed dynamic model, is presented. It is shown that only a modest reduction in the operating speed is required to move a crane without residual load sway. Furthermore, ignoring the reeving geometry and assuming that the quay-crane can be modelled as a crane carrying a point mass at the end of a single rope is shown to be inadequate. Computer simulations using the operating parameters of a full scale quay-crane are presented to verify the results.     

桥式天车机械系统自适应解耦滑模控制研究

基于拉格朗日方程建立了桥式天车机械系统的动力学模型,并对建立的动力学模型进行简化分析,为控制器的设计奠定了理论基础。首先,针对桥式天车机械系统建模时存在的耦合性问题,构建新型饱和函数;其次,基于构建的新型饱和函数,设计出解耦滑模控制器,用来实现负载运送过程中桥式天车的快速定位与负载的消摆;然后,引入自适应参数,用来削弱了解耦滑模控制器控制过程中由于开关增益造成的系统抖振问题;最后基于桥式天车机械系统的动力学模型进行模拟仿真。仿真实验结果表明基于自适应参数而设计的解耦滑模控制器具有良好的控制性能,并且能够提高机械系统的动态特性。     

考虑粘滑效应的核电站环行起重机地震瞬态响应分析EI北大核心CSCD

核岛安全壳-吊车耦合体系在强震下的可维持性是影响核安全的关键因素之一。为揭示粘滑效应对体系抗震性能的影响,采用修正的LuGre模型描述驱动轮与轨道之间stick-slip行为;引入线性互补问题描述各叠放部件的非光滑接触,建立考虑多点摩擦接触的环行起重机刚柔耦合动力学模型;选取代表性的强震记录作为基岩地震动,对多工况下的地震瞬态响应进行分析,揭示耦合体系地震响应机理。研究结果表明:制动轮与轨道之间的摩擦力是将体系维持在既定位置的关键,动力学模型必须考虑粘滑效应;跳轨行为受三向地震共同影响,水平强震和竖向弱震亦可诱发跳轨;瞬时跳轨诱发瞬时冲击,峰值轮压可达静轮压的10倍,主钩峰值拉力达静拉力的2.5倍,须安装隔震装置避免钢丝绳破断。     

LQR/RPS design of robust controllers for a one‐link robot

Abstract

In this paper, a design method for robust controllers for a one‐link robot is developed. Based on a linearized model of this nonlinear robot system, the linear quadratic regulator (LQR) design method is incorporated with a reduced parameter sensitivity (RPS) technique to design a robust proportional‐plus‐integral (PI) controller to achieve better performance in position control. This robust controller can tolerate real parameter variations resulting from the mechanical loads of applications. A direction method is further developed and used to evaluate the stability robustness of this controlled system. Combining the direction method with the LQR/RPS method, a robust PI controller can be generated to avoid improper over‐design. Both computer simulation and experimental results demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed approach.     

基于主成分分析马氏距离的支腿控制阀健康评估

支腿控制阀的性能是影响起重机支腿系统伸缩性能的重要因素之一。为了准确的评估支腿控制阀的健康性能,提出一种支腿系统的性能衰退与健康状态的评估方法,该方法基于PCA降维与马氏距离相结合的分析模型,建立不同状态下传感器信号与关键零部件的映射关系,从而达到对起重机支腿系统性能衰退量化评估的目的。该方法应用于起重机支腿控制阀的压力信号,通过对传感器信号内蕴关系及起重机在各年份提取的特征在特征空间的相关性分析,以得到量化性能评估结果。与常见的其他方法相比,该模型能够准确地反映起重机支腿系统历年来的性能衰退趋势,具有更好的鲁棒性与泛化性。     

Modified dual-stage controller for dealing with secondary-stage actuator saturation

This paper proposes a modified decoupled master-slave (DMS) dual-stage control scheme for hard disk drives that offers enhanced stability when the secondary-stage actuator is saturated. A nonlinear secondary-stage actuator model is used instead of a linear model in the controller. This modification allows microactuators with relatively smaller displacement range to be used in the servo system without causing stability problems in the DMS controller. Simulation and experimental results confirm the effectiveness and robustness of the scheme.     

基于分段PD控制的振动基弹药传输机械臂轨迹跟踪控制

针对一种新型带振动底座的弹药传输机械臂的轨迹跟踪控制问题,设计一种鲁棒控制器。阐明了弹药传输机械臂的工作原理以及三维模型,利用第二类拉格朗日方法建立了弹药传输机械臂动力学模型。在控制力范数有界的假设下,基于分段线性控制算法以及计算力矩法,设计了反馈控制器。控制律表现为增益可变的比例微分控制,在动态过程中,控制器增益根据系统当时状态偏差以阶跃方式按设定规律作相应改变,当系统接近或达到终端状态时,控制器的增益趋于动态平衡状态。控制力输入总是满足给定的约束条件。采用龙格库塔法在MATLAB环境下进行数值仿真。结果表明,该控制器能很好地抑制基座的振动以及载荷不确定性带来的影响,满足自动装弹机的精确快速轨迹跟踪控制,具有良好的鲁棒性。     

Recurrent fuzzy neural network control for piezoelectric ceramic linear ultrasonic motor drive

In this study, a recurrent fuzzy neural network (RFNN) controller is proposed to control a piezoelectric ceramic linear ultrasonic motor (LUSM) drive system to track periodic reference trajectories with robust control performance. First, the structure and operating principle of the LUSM are described in detail. Second, because the dynamic characteristics of the LUSM are nonlinear and the precise dynamic model is difficult to obtain, a RFNN is proposed to control the position of the moving table of the LUSM to achieve high precision position control with robustness. The back propagation algorithm is used to train the RFNN on-line. Moreover, to guarantee the convergence of tracking error for periodic commands tracking, analytical methods based on a discrete-type Lyapunov function are proposed to determine the varied learning rates of the RFNN. Then, the RFNN is implemented in a PC-based computer control system, and the LUSM is driven by a unipolar switching full bridge voltage source inverter using LC resonant technique. Finally, the effectiveness of the RFNN-controlled LUSM drive system is demonstrated by some experimental results. Accurate tracking response and superior dynamic performance can be obtained because of the powerful on-line learning capability of the RFNN controller. Furthermore, the RFNN control system is robust with regard to parameter variations and external disturbances