模锻过程结合机理与数据的智能控制方法

大型模锻成形过程是一个复杂的非线性时变过程,包括锻件流变成形过程与液压系统驱动过程,以及还存在油液泄漏等众多不确定性因素,导致精准锻造过程控制异常困难。为此,在结合基于机理模型控制与数据控制优点的基础上,提出了基于物理模型结合在线顺序极限学习机的智能控制方法。该方法首先使用已知的系统信息推导出名义控制律;其次,针对模型不确定性部分,使用在线顺序极限学习机设计出该在线模型的补偿控制律;最后,建立了基于机理模型与数据模型的集成控制器,获得了最佳控制律。仿真结果表明,新方法能有效地控制复杂的锻造过程,且比现有的方法有更好的控制精度。     

弹丸协调器电液系统的参数自适应反演控制

针对存在参数不确定性和非线性的弹丸协调器电液伺服系统模型,结合反演控制设计方法和自适应控制方法,提出一种参数自适应反演控制算法。采用反演控制设计方法推导非线性系统的控制律,结合Lyapunov定理保证闭环系统全局稳定。针对模型的不确定参数,通过构建不连续映射自适应律进行精确估计,解决系统模型不确定性问题,简化控制算法的设计。引入鲁棒项,提高系统稳定性。仿真结果表明:所设计算法是有效的,与PID算法相比有更好的控制效果。     

反演控制在交流位置伺服系统中的应用

针对交流位置伺服系统负载力矩和转动惯量变化大、干扰力矩强的特点,提出一种反演控制策略。反演控制律保证闭环系统一致且最终有界,使伺服系统能够全局渐近跟踪参考位置指令,从而达到使非线性交流伺服系统稳定跟踪控制的目的。通过不同条件下的实验研究,分析反演控制在运动控制中的作用,结果表明,该控制器具有较好的动态性能与稳态精度。     

航空航天大型环锻件智能产线管控与集成技术

现阶段我国航空航天大型环件锻造生产线大多处于小批量、多品种的生产模式,面临着设计周期长、成形质量不稳定、能耗高、效率低等问题。针对以上问题,提出一种多级闭环协同运行的锻造智能管控平台,以环锻件热加工生产线中的先进成形装备、柔性物流设备和在线检测设备的互联互通为基础,在对生产过程数据的全面采集和集成的前提下,进一步构建环形锻件工艺智能设计系统、多目标优化动态调度系统、质量检测与稳健控制系统及实时反馈调控的智能管控集成平台,建立各级系统间的集成方式与优化关系,形成工业网络环境下环锻件成形工艺设计、生产组织、过程控制和质量检测协同运行与管控体系,并在此基础上分析了航空航天大型环锻件智能化生产应展开的研究内容。     

大型锻件喷涂控制及方法研究

以大型锻件和表面喷涂的广泛应用为背景，针对人工进行喷涂存在效率较低、工人劳动强度高、安全性低、准确性和均匀稳定性不高等问题，运用信息化和智能化技术，设计了一种新型自动喷涂系统及方法。首先建立锻造喷涂系统的运行坐标系，然后在锻造喷涂系统中输入当前喷涂锻件的相关信息和三维模型确定喷涂方案；其次在锻造喷涂系统上设置视觉成像仪器，确定出锻件在锻造喷涂系统的运行坐标系中的位置，将三维模型匹配到锻造喷涂系统的运行坐标系中，最终按照三维模型上确定的喷涂方案对锻件进行喷涂并对不合格的喷涂区域进行二次喷涂。     

机床用直线伺服系统改进型ADRC设计

针对永磁直线电机伺服系统存在纹波推力扰动、负载扰动、摩擦力扰动和其他不确定性扰动,文章提出了一种双闭环改进型自抗扰控制器优化设计方法.针对永磁直线同步电机(PMLSM)系统,设计了速度环和位置环自抗扰控制器,并对一阶自抗扰控制器(ADRC)进行了优化,在保证控制器性能的前提下,省略掉ADRC模型中的非线性跟踪微分器(TD)环节,同时为有效降低模型复杂程度,减小算法计算量,采用线性比例调节代替非线性状态反馈控制律(NLSEF),实现了永磁直线同步电机的改进型双闭环自抗扰控制.仿真结果表明,该自抗扰控制器能够很好的解决强耦合和非线性问题,能够提高系统的响应速度,减小稳态误差且无超调,对负载扰动、电机参数变化具有良好的鲁棒性.     

模糊非线性积分滑模张力控制系统的研究

张力控制是诸多行业中卷绕系统的关键技术,直接影响着产品的质量。针对卷绕张力系统耦合性强,干扰因素较多等问题,提出了一种鲁棒性强的模糊非线性积分滑模控制方法。以伺服电机为张力执行机构对卷绕张力系统进行数学建模。提出双闭环控制方案并设计了模糊非线性积分滑模张力控制器和具有过渡过程的转矩PID控制器。在MATLAB/Simulink环境中建立了张力控制系统模型并进行了仿真验证。仿真结果表明张力控制系统具有启动过程快速稳定,抗干扰能力强等特点。     

一种用于电液防抱死制动系统的显式非线性模型预测控制器设计

为实现对车辆制动过程进行快速且稳定的控制,设计一种用于电液防抱死制动系统的显式非线性模型预测控制器。通过对电液防抱死制动系统进行分析,明确电液防抱死制动系统的工作过程。在考虑系统参数的基础上,设计显式非线性模型预测控制器。将显式非线性模型预测控制器融入到电液防抱死制动控制系统中,以计算调节扭矩。同时利用状态预测器和缓冲器补偿电液防抱死制动系统的死区时间,从而提高制动过程的效率及稳定性,解决电液防抱死制动系统的非线性最优控制问题。实验结果表明:与逻辑门限控制方法相比,该显式非线性模型预测控制器对车辆进行制动控制时,具有更好的实时性和稳定性。     

3Cr2MnNiMo钢锻件等向性的有限元模拟研究

利用三维热力耦合有限元模型,对3Cr2MnNiMo钢锻造过程中锻件的温度场、应力场以及等效应变场进行了分析,预测了变形过程中的金属流动规律。通过对3Cr2MnNiMo钢进行热力模拟试验,获得该钢的高温热变形抗力,确定了其高温本构模型,并提出了采用方向累积变形功衡量锻件等向性的方法,对不同锻造方式锻件的等向性进行了分析。结果表明,采用热力耦合的方法分析不同的锻造过程,能反应锻造过程的基本特征,对减少生产成本,改善锻件成型质量具有重要意义。在有限元模拟条件下,采用方向累积变形功衡量锻件等向性符合实际,对优化锻造工艺有较好的指导作用。     

基于状态反馈的锻造加热炉温度控制方法

锻造加热炉是锻压技术领域的重要设备,在加热过程中要求锻件的内外温度均匀,否则会形成内外温度差,从而在锻件内部产生应力,导致锻件缺陷。针对锻造加热炉的炉温,引入状态反馈控制,分析了某炉温状态反馈控制系统在满足性能指标时控制器最大输出超过最大允许值的情况,并通过适当地延长调节时间,有效地降低了系统控制器的输出。同时,通过在系统中设置全阶状态观测器,对估计模型与实际系统之间的误差进行补偿,提高了系统精度,并提出了去滞后的方法和思路,通过仿真进行了锻造加热炉温控系统去掉纯滞后的前后对比,得到了变换后系统与变换前系统间的相对作用强度为0.6775,体现出较好的替代性能。     

模锻压机低速锻造的高斯加权集成在线自适应控制

为了提高模锻压机在低速锻压过程中的速度稳定性和系统鲁棒性,设计了高斯加权集成在线自适应控制器。建立了模锻压机在低速锻造过程中的状态空间方程。针对低速锻造过程中速度切换和负载突变等问题,给出了高斯加权集成在线自适应控制方案,自适应控制器由模型预测控制器和模糊PID控制器两个子控制器组成。在稳定运行阶段,模型预测控制器控制精度较高,但是鲁棒性较差,无法应对突变情况,因此,设计了模糊PID控制器应用于突变情况控制;为了防止控制器切换时引起系统振荡,给出了高斯加权集成方法。经仿真验证,与单独使用模型预测控制器和模糊PID控制器相比,当发生速度切换和负载突变时,高斯加权集成在线自适应控制器的调节时间最短,且速度跟踪误差最小,提高了低速锻造过程中速度跟踪的精确性和鲁棒性。     

直线电机速度伺服系统的VisSim建模与仿真

在分析永磁同步直线电机(PMLSM)数学模型的基础上,采用速度、电流双闭环的PID控制结构建立了基于VisSim/Motion环境下PMLSM矢量控制系统的仿真模型。其中速度环采用变增益PI控制器,该控制器根据输入误差的大小,通过非线性函数在线改变比例增益和积分增益。仿真和实验结果表明,系统响应速度较快、控制精度较高、运行稳定。为实现高性能的PMLSM伺服控制系统设计和调试提供了一种新的思路。     

基于滑模变结构控制的机器人视觉伺服系统研究

文章以4自由度GRB-400工业机器人为研究对象,采用CORECO图像采集系统,构建了基于图象的视觉伺服控制系统.先推导了GRB-400机器人系统图像雅克比矩阵,然后针对该视觉伺服控制系统设计了一种模型跟踪变结构控制器,并给出了闭环系统的稳定性及结构参数鲁棒性分析.最后通过实验结果验证了该滑模变结构控制器具备良好的鲁棒自适应及抗干扰能力.     

一种液压综合试验台调速系统的设计与实现

针对液压泵源综合试验系统中的调速子系统，提出了一种设计和配置的方案。此调速系统的控制器采用先进的变频调速器来实现。为保证闭环控制系统的鲁棒性，设计了基于交流电机的矢量变换模型的多变量解耦控制器。本文设计的调速控制系统成功地解决了针对不同测试泵在不同负载下运行的鲁棒调速控制问题。     

具有自适应增益的电液位置伺服系统超螺旋滑模控制

电液位置伺服系统是复杂的非线性控制对象,存在各种建模不确定性,使得设计高性能的控制器以满足系统伺服精度要求更加困难。针对考虑各种建模不确定性的电液位置伺服系统,设计了一种具有自适应增益的超螺旋滑模控制方法。利用已知的系统模型信息,在传统超螺旋滑模控制算法中引入基于模型的前馈控制律,提升系统伺服精度。采用自适应律实时更新控制器增益,无需先获知系统建模不确定性的确切界,避免了传统算法中由人为设定与该界相关的控制增益造成的保守性。基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统全局稳定,系统跟踪误差可在有限时间内渐近收敛到零附近任意小的范围内,且收敛的速度和稳态误差的界可通过参数进行调节。仿真结果表明,所提出的控制方法可有效地抑制建模不确定性对系统的不利影响,显著提高其跟踪精度,且所得到的控制输入是连续的,更利于实际应用。     

基于前馈和滑模复合结构的飞行器电动舵机控制

针对飞行器电动舵机伺服系统的控制问题,提出了一种能够有效抑制传动机构非线性摩擦的控制方法,该方法由前馈补偿器、基于LQR的PID反馈控制器以及滑模控制器构成。前馈控制能够提高系统响应的快速性,PID反馈控制提高系统的抗干扰能力,针对非线性摩擦设计的滑模控制律,用来削弱非线性摩擦对舵机伺服的影响。在分析电动舵机伺服系统构成的基础上,给出了非线性摩擦的Stribeck模型;建立了系统数学模型,在此基础上分析得出前馈补偿器的结构和参数;引入参考给定量,建立基于误差的状态控制方程,设计了基于LQR的PID控制器以及抑制非线性摩擦扰动的滑模控制律。分别对含有滑模控制器和不含滑模控制器的控制方法进行了仿真实验,实验结果表明:含有滑模控制器的控制方法能够有效抑制非线性摩擦引起的速度抖动问题以及位置"平顶"现象。     

模糊PID控制器的钝性稳定性分析

分析了非线性控制中经常使用的钝性稳定性定理.构造了一种PID型模糊控制器,并证明了其近似于一种变参数的PID控制器.利用模糊PID控制器与传统PID控制器的联系,以PID模型为基础,将钝性稳定性定理应用到模糊PID控制器的稳定性分析中,推导出了模糊PID控制器稳定的充分条件,对设计稳定的模糊PID控制器具有一定的参考意义.     

高阶滑模控制在液压起竖系统中的应用

针对液压起竖系统这类非线性系统的控制问题,根据高阶滑模控制理论,提出了一种基于微分观测器的高阶滑模控制方法。基于液压起竖系统的非线性模型,设计基于高阶滑模控制方法的起竖系统起角跟踪控制器。利用微分观测器对起竖角导数信息和高阶滑模的导数阶滑动变量信息进行观测,从而构造一种基于微分观测器的控制器形式。试验结果表明:该控制方法能应用于液压起竖系统,与PID控制和普通滑模控制比较,该方法可以有效地抑制普通滑模控制存在的抖振问题,并具有很好的控制性能。     

锻造操作机大车行走系统模糊控制与实验验证

针对锻造操作机大车行走液压伺服系统高性能控制的需求,基于传统PID控制的行走系统难以取得高性能控制的问题,对锻造操作机的大车行走系统进行了系统的模糊控制实验研究。采用了一种解析式模糊控制器,该模糊的控制规则库具有确定的数学模型,解析表达式类似于传统PID结构,参数整定可以借助于PID的整定方法来获得,避免了传统模糊设计存在的较大随意性和经验性。锻造操作机大车行走系统的控制实验研究表明,与传统的PID控制器相比,该方法具有超调小、控制精度高、鲁棒性强以及便于工程实现等优点,是锻造操作机大车行走系统以及相似液压伺服系统控制的一种切实可行的方法。     

数控机床用磁悬浮系统非线性动态积分滑模变结构控制

为了实现龙门数控加工中心磁悬浮系统悬浮高度的精确控制,并考虑到刀具切削工件过程中磁悬浮系统所受到扰动对悬浮高度的影响,针对被控对象的非线性磁悬浮模型,选择新的状态变量,通过状态变量之间的相互变换,将不规则的非线性磁悬浮模型转换成规则的仿射非线性的磁悬浮模型;针对该非线性模型设计了控制悬浮高度的非线性动态积分滑模控制器。在选取切换面时,考虑系统状态、输入、输入的一阶(或高阶)导数及其积分项,这使得趋近律中不连续项的影响有所转移,从而有效降低了滑模控制器抖振的发生;另外由于在滑模切换函数中加入了积分环节并且是对非线性被控对象直接进行控制,消除了滑模控制的稳态误差和系统模型的误差。仿真研究结果表明:所设计的动态积分滑模控制器比传统的滑模控制器更好地实现了系统的稳定悬浮,具有很强的抗扰性并能够使系统具有较高刚度。