基于插入型重复控制器的直线伺服系统设计

针对数控机床要达到高速高精度切削的要求,在实际加工中,常需在有限行程中作连续性的周期运动,这就要求对周期性轨迹具有跟踪能力和对周期性扰动具有抑制能力。直线伺服控制系统的基本要求是控制器的设计应有调节能力。分析直线电机伺服控制系统的周期运动特性,利用重复控制理论设计了一种具有实用性的插入型重复控制器,以消除周期性参考输入的稳态跟踪误差。并对直线伺服电机驱动的凸轮加工中心进行了仿真研究,结果表明:所提出的控制方案是有效的,大大提高了系统跟踪精度。     

基于重复控制的跟踪系统设计及应用

本文提出了一种电液伺服振动台系统跟踪控制的新方法。根据重复控制理论设计重复控制器,使系统的输出跟踪输入的周期性或重复性参考信号,从而达到跟踪控制的目的。重复控制器由重复补偿器和稳定化补偿器组成,文中对控制器的设计进行了详细的讨论,给出了设计实例和仿真结果。研究表明,应用这种方法设计的电液伺服振动系统可以实现对周期或重复性的振动实验信号的跟踪控制。     

基于重复控制器的双直线电动机伺服系统同步控制

在许多加工应用中,通常需在有限行程中作连续的周期运动,所以要考虑对周期性轨迹的跟踪和对周期性扰动的抑制.为此,文章针对双直线电动机的周期运动特性,在考虑跟踪性能和稳定性的基础上,采用主从控制和重复控制相结合的策略保证两电动机同步运动并且补偿了周期性误差.仿真结果表明,所提出的控制方案是十分有效的,既保证了双直线电动机的同步运动,又显著地减小了系统的跟踪误差,从而达到快速跟踪和稳定的目的.     

重复控制在机械手位置伺服系统中的应用

就注塑机专用机械手这类重复运动的伺服系统提出了一种重复控制的方案，在普通PID控制方案的基础上增加了一个重复补偿器，使控制的精度得到了提高，实验表明这类跟踪周期信号的系统采用重复控制方法，能够提高系统的控制精度，抑制周期性扰动。     

高频响快速刀具伺服系统的免疫重复控制研究

直线电机伺服系统在高档数控加工机床快速刀具伺服应用中,要求系统对于高频响的周期性输入信号具有较好的跟踪能力,又要对于端部效应引起的周期性负载扰动具有一定的抑制能力。针于这一问题,提出了一种基于重复控制和免疫算法相结合的免疫重复控制策略,设计了重复控制器及免疫反馈控制器,对免疫重复控制与只采用重复控制的方法进行了对比分析。结果表明;所采用的控制方案可以在实现高频响的同时能够很好地抑制系统的负载扰动,对高频周期性输入信号具有较好的跟踪性能,且结构简单、计算量适度。     

电液位置伺服系统的自适应抗饱和控制

针对电液位置伺服系统的不确定性与输入饱和问题,提出自适应抗饱和控制策略。建立阀控缸系统的数学模型;在基于反步法的设计框架下,将输入饱和导致的跟踪误差加入到李亚普诺夫函数当中,并根据该李亚普诺夫函数设计控制器。通过使李亚普诺夫函数渐近稳定,使得系统跟踪误差收敛于零。针对系统模型中的不确定参数,通过自适应算法对其进行迭代更新,以保证控制器的有效性。以跟踪误差最小为目标函数,采用粒子群搜索算法优化控制器的4个参数。结果表明：加入抗饱和时的控制信号比未考虑输入饱和时的控制信号的幅值明显减小,消除了输入饱和现象;在参数不确定和输入饱和情况下液压缸活塞的最大跟踪误差仅为5.8×10-6mm,相对无抗饱和算法时的跟踪误差有了大幅减小。     

基于重复控制的疲劳脉冲试验台控制系统设计

为了提高机油冷却器疲劳脉冲试验台的压力跟踪精度,在说明试验台工作原理的基础上,构建系统的数学模型,设计了一种基于重复控制理论的重复控制器,并将其控制效果与传统PID控制器的进行对比。研究结果表明:所设计的控制器可以更好地跟踪周期信号,提高试验台的压力控制精度。     

电液伺服系统的自适应一般模型控制

针对电液伺服系统跟踪控制问题,提出一种基于等价输入的自适应一般模型控制方案。在电液伺服系统存在建模误差、时变参数和不可测扰动的情况下,控制器能够有效地跟踪系统被控参数;且控制器参数整定方便,物理意义明确。通过仿真表明,该控制方法对非线性的电液伺服系统实现自适应控制是正确有效的。     

含死区输入电液系统的模型参考滑模控制

针对含死区输入非线性电液速度伺服系统的跟踪控制问题,结合模型参考与滑模变结构控制理论,提出一种自适应模型参考滑模控制方案.用模型参考方法来保证系统的稳态品质,用滑模控制方法来改变系统的动态品质,利用对称型Sigmoid连续函数以平滑不连续控制.仿真结果显示,该方案可以减小跟踪误差、增强系统的鲁棒性和削弱控制信号中的高频抖振.     

活塞车直线伺服刀架系统对于幅值变化的周期性扰动抑制的研究

在中凸变椭圆活塞车削的过程中,系统的扰动抑制是一个关键问题.文章针对直线伺服刀架系统对变化负载的扰动抑制进行了分析,指出切削力的干扰是按变椭圆规律周期变化的,对重复控制器在周期参考输入信号的情况下,分别对幅值不变和幅值变化的周期性负载扰动抑制的效果进行了研究,指出重复控制器对于幅值变化的周期性扰动信号没有对于幅值不变的周期性扰动信号抑制的效果好.为解决此问题提出了一种PID反馈补偿控制策略,仿真结果表明该控制方法可以达到较好的控制效果,增加了系统的抗扰性,为提高中凸变椭圆活塞加工精度提供了一条途径.     

基于无凸轮发动机的液压执行机构复合控制研究

针对发动机凸轮驱动式液压可变气门控制跟踪误差较大问题,设计了无凸轮发动机液压执行机构,并采用了复合控制系统。建立了混合执行器数学模型,分析了气门阀液压驱动工作原理。给出了压电致动器等效电路图和数学表达式,推导出气门阀液压驱动运动方程式。结合前馈控制和反馈控制的各自优点,设计了复合控制系统。采用MATLAB软件对发动机气门运动位移、压电位移和压力变化跟踪误差进行仿真,并且与反馈控制系统输出误差进行比较和分析。结果表明:与反馈控制系统相比,采用复合控制系统反应迅速,自适应调节能力较好。气门运动位移、压电位移和压力变化跟踪误差较小。因此,提高了气门运动轨迹跟踪精度,改善了发动机综合性能。     

Repetitive control design and implementation for linear motor machine tool

The goal of this paper is to eliminate the period tracking error via the design of discrete-time domain repetitive controller. It increases the stabilizing range and enhances the robust performance by adopting the prototype repetitive controller design principle to compensate repetitive control. Furthermore, with the concept of command feedforward, it introduces the feedforward gains of speed and acceleration, which can forcefully enhance the tracking ability of the repetitive controller and improve on the errors of the system. Finally, it puts into practice the theory on a gantry type machinery platform with linear motors. The results prove that the theory can reduce period tracking error successfully.     

液压机批量成形控制策略

为了提高批量成形金属产品的塑性成形性能,建立了金属液压成形系统的数学模型,并针对追踪周期性位移信号存在滞后和周期性误差的问题,提出了一种基于重复控制和输出反馈的复合控制策略(ROF控制),以提高系统性能,并在金属成形模拟液压实验平台上验证了在ROF控制策略作用下的液压缸位移、速度和加速度响应特性,与PID控制进行了对比分析。实验结果表明,采用ROF控制策略,其系统追踪精度能达到0. 05 mm,两个工作循环周期后,追踪过程基本无滞后,能保证金属按指定谐波信号成形,最终能有效地提高批量成形金属件的性能。     

机电伺服系统有限时间自适应反步控制方法研究

机电伺服系统存在未建模动态及不可避免的未知扰动,会严重影响系统的伺服性能。针对未知扰动下机电伺服系统惯性负载的角位移跟踪控制问题,考虑未建模动态对系统的影响,提出一种基于有限时间的模糊自适应指令滤波反步控制方法,能有效补偿系统中的未知扰动和未建模动态,具有良好的惯性负载角位移跟踪控制效果。针对系统中存在的未知外部扰动及未建模动态,结合滤波反步法和模糊控制理论,使用模糊逻辑系统逼近未知非线性动态同时构造自适应控制器。考虑到微分计算带来的计算爆炸问题,构建有限时间指令滤波器,降低了系统的计算复杂度,并通过设计滤波误差补偿机制,对滤波误差项进行补偿,保证滤波信号的逼近能力,提升系统跟踪控制性能。通过稳定性分析,证明所设计的控制器能够保证系统的跟踪误差在有限时间内收敛。最后通过仿真实验,验证了所提控制方法的有效性。     

基于数据驱动的数控机床自适应迭代学习控制

数控机床位置伺服系统受加工环境、零件形状和机床机电特性等变化因素的影响,其零件加工是一个典型的非线性、时变和不确定动力学变化过程,因此,建立其精确机制模型很困难。针对相同零件批量加工过程呈现的重复运行特点,基于被控对象的等价数据模型,提出一种基于数据驱动的自适应迭代学习控制方法。所提控制方法采用沿迭代轴的动态线性化方法,通过最小化控制目标函数,仅利用数控机床位置伺服系统的输入输出数据,实现学习控制增益的自适应更新,克服传统P型迭代学习控制方法固定增益的问题,并经过严格理论分析保证了该方法的收敛特性。仿真结果表明:提出的数据驱动自适应迭代学习控制方法,相比传统P型迭代学习控制方法,平均绝对误差和最大绝对误差分别减小了46%和56%。     

永磁同步直线电机位置误差迭代学习补偿控制研究

永磁同步直线电机在执行具有重复特性的跟踪控制任务时,系统的位置误差也会出现周期性变化。针对这一问题,提出一种基于离线迭代学习补偿优化直线电机位置输入信号的控制策略。通过离线迭代学习,对直线电机系统的干扰进行迭代学习控制。对凸轮轴轨迹和正弦曲线轨迹进行迭代学习,实现对永磁直线电机运动轨迹的跟踪控制,减小直线电机的跟踪误差。实验结果表明：通过离线迭代学习控制产生的位置输入信号跟随误差较小,能很好地消除由于跟踪滞后造成的位置误差。     

Tracking control and active disturbance rejection with application to noncircular machining

Control systems are usually required to track reference signals while operating under the influence of disturbances. A fast tool servo system for noncircular machining application works under such conditions, resulting in large control efforts. This paper presents a linear active disturbance rejection controller design for a voice coil motor-driven fast tool servo system for noncircular machining application. The controller is designed through an extended state observer to estimate and compensate the variant dynamics of the system, nonlinearly variable cutting load, and other uncertainties. Then, a simple proportional derivative controller produces the control law. To improve the tracking performance of the fast tool servo, the tracking error from the trial-cutting workpiece is added to the reference input and used as feed-forward error compensation. In such a combined control arrangement, the active disturbance rejection controller provides active disturbance rejection ability for the controller, and the feed-forward error compensation controller improves the tracking precision. Both the tracking control and disturbance rejection performances are thus enhanced. In real-time control and implementation, the effects of finite word length, position feedback resolution, and short sampling period are analyzed and addressed. Machining experiments are conducted, and the results illustrate the control system synthesis procedures and a substantial improvement over the tracking error generated by the linear active disturbance rejection controller alone.