基于新型LQR的四旋翼无人机姿态控制

为四旋翼无人机的姿态稳定控制提出了新的LQR控制器,该控制器能够实现姿态的快速稳定控制并跟踪参考输入。首先,根据假设建立了四旋翼无人机的动力学模型,并在此基础上用泰勒级数展开进行线性化。然后利用线性模型设计了LQR控制器,并对控制器进行了改进。最后使用Matlab/Simulink进行试验仿真,验证了改进后的LQR控制对控制过程响应速度的提高。     

三关节欠驱动休操机器人的LQR倒立平衡控制

针对欠驱动体操机器人倒立平衡控制问题,给出一种基于动力学模型的三关节欠驱动体操机器人平衡控制方案。首先将三关节欠驱动体操机器人简化为一个在垂直平面上运动的三关节机器人,采用拉格朗日力学方法建立动力学模型,并推导出体操机器人系统状态方程,然后设计LQR控制器,使体操机器人稳定在不稳定的倒立平衡点,最后进行了仿真,结果表明LQR控制器实现了在两输入情况下允许的稳态误差快速响应。     

两轮自平衡小车的状态反馈和输出反馈控制

文中进行了两轮自平衡小车系统简化模型的理论研究,建立了系统的状态方程,应用了线性二次型最优控制理论(LQR)设计了两种稳定控制算法。对于LQR输出反馈控制,用输出量估计出状态量,然后对其进行最优控制。通过Matlab软件仿真,表明这两种方法对于两轮自平衡小车都有较好的控制作用,但设计的LQR输出反馈控制的效果更好。     

高承压泥水平衡盾构机主驱动压力补偿系统研究

基于高承压泥水平衡盾构机的市场需求,研究了一种主驱动压力补偿系统。首先对组合密封形式的承压能力进行了仿真分析;其次对两种不同控制方式的压力补偿系统设计方案进行了对比研究;最终确定了一种性能稳定、可靠性高的全气动控制的主驱动压力补偿系统,从而提高了泥水平衡盾构机的整机承压能力。通过模拟盾构机掘进过程中各密封腔体压力变化,搭载自适应密封压力补偿系统试验台进行实验分析,并成功应用于国内多个超大直径泥水平衡盾构机。     

磁轴承飞轮控制系统设计中LQR方法的应用研究

对于具有强的陀螺效应的磁悬浮飞轮转子,将转子各自由度作为独立个体采用分散控制难以满足系统要求,而LQR方法不失为一种有效的集中控制方法。通过对LQR控制方法在飞轮转子上的仿真研究,给出了LQR方法应用于磁悬浮系统控制时,加权阵Q阵与R阵的选取原则,并对反馈阵F中各参数的物理本质进行了阐述。由仿真结果与理论推导相结合,论证了陀螺位移交叉反馈的作用,由此给出了LQR控制的一种简化实现方法。     

基于两轮自平衡小车的H∞和LQR控制方法对比研究

基于两轮自平衡小车平台,针对目前欠驱动系统较成熟的控制方法对比缺乏的问题,应用仿真对比、实物验证的方法,对目前较为理想的H_∞控制和LQR控制两种控制方法进行了理论上的对比,证明了H_∞控制策略在理论上是更具实际意义的控制系统。通过在相同的初始条件和控制结构下进行联合对比仿真,对仿真结果的角度、角速度、位置、速度四个指标进行了对比分析。最后用实物实验进行了验证,得出了"针对欠驱动系统H_∞控制优于LQR控制"这一结论,对以后欠驱动系统的控制具有一定的参考价值。     

三关节欠驱动体操机器人的LQR倒立平衡控制

针对欠驱动体操机器人倒立平衡控问题,给出一种基于动力学模型的三关节欠驱动体操机器人平衡控制方案.首先将三关节欠驱动体操机器人简化为一个在垂直平面上运动的三关节机器人,采用拉格朗日力学方法建立动力学模型,并推导出体操机器人系统状态方程,然后设计LQR控制器,使体操机器人稳定在不稳定的倒立平衡点,最后进行了仿真,结果表明LQR控制器实现了在两输入情况下允许的稳态误差快速响应.     

基于LQR控制器的直线倒立摆研究及设计

针对直线倒立摆系统不稳定的问题,在前期研究的基础上,建立了直线一级倒立摆数学模型,并对自行研制的直线一级倒立摆进行参数分析,推导出了状态空间方程,给出了Pro/E模型图。接着,为确保系统能更加稳定地控制,研究设计了相应的LQR控制器,绘制了控制系统结构框图,最后进行了LQR控制参数仿真。仿真结果证明了研究设计的有效性和可行性。     

欠驱动机器人的切换姿态优化及全局稳定控制

讨论了欠驱动两杆机器人控制中存在的控制器切换问题并将其归纳为一类优化问题,提出了一种优化切换姿态并保证全局稳定的控制器设计方案。在系统全局稳定的条件下,将对欠驱动关节的控制能力作为优化目标。采用基于弱控制Lya-punov函数的方法设计摆起控制器;利用线性二次调节器(linear quadratic regulator,LQR)方法设计平衡控制器;使用控制器切换环节实现控制器的最优切换,其中控制器切换环节的设计借助平衡控制器吸引域的概念和遗传算法来实现。仿真实验中,应用该方法得到的控制器不仅能实现控制目标,还能使系统具有更强的抗干扰能力,并缩短18.8%的控制时间。     

三相有源电力滤波器非线性滑模控制

为了提高三相有源电力滤波器(APF)实时跟踪和补偿谐波的能力,基于状态反馈精确线性化理论提出了一种有源电力滤波器(APF)非线性滑模控制策略。为了提高APF系统的动态性能和跟踪能力,建立了APF系统的仿射非线性模型,设计了电流内环非线性控制策略,并采用线性二次型调节器(LQR)方法进行了控制参数整定。为了调节和稳定系统的直流电压,采用滑模控制(SMC)进行了电压外环设计。搭建了仿真和实验平台,实验结果表明,该方法具有较好的动态响应、稳态特性和鲁棒性。     

欠驱动机械臂滑模控制与实验研究*

针对非线性、强耦合的欠驱动两杆机械臂Pendubot,提出了一种在倒立不稳定平衡点邻域内局部线性化的基于Hurwitz稳定判据的滑模控制方法。首先定义一个分别由主动臂和欠驱动臂的角位置、角速度跟踪误差的线性组合滑模面。通过Lyapunov稳定性分析保证了系统的所有状态能够到达滑模面并保持在滑模面上,根据滑模面条件,降低原系统的阶数,再令降阶系统满足Hurwitz稳定判据,从而原系统渐进稳定,其所有状态变量最终收敛于平衡点,同时得到滑模面参数。仿真和实验结果表明,所设计的控制方法易于实现,能够抵抗一定的外界干扰,对模型的参数摄动不敏感、鲁棒性强。     

碰摩转子混沌控制的线性最优调节器方法

从OGY方法的参数微扰混沌控制思想出发 ,提出了基于线性二次型最优调节器 (LQR)的混沌控制方法。以转子转速为微扰控制参数 ,通过设计最优调节器 ,使碰摩转子原本的混沌振动稳定到周期等于工作转速周期的轨道上。仿真计算表明 ,按最优调节器设计的状态反馈比OGY方法获得了更好的控制效果。     

基于反演控制的2D舞台威亚协调同步控制方法研究

针对2D舞台威亚系统机理模型较难建立,机电系统自身参数易发生摄动以及外界未知干扰等因素造成的威亚系统同步协调性能下降以至存在安全隐患等问题,根据反演控制强鲁棒性及响应速度快等优点,并结合速度矢量合成及位置偏差耦合同步方法,提出一种基于反演控制技术的舞台威亚系统同步协调控制方案。仿真结果表明,较之于传统的PI控制系统,所提出的控制方案有更好的动态性能和强鲁棒性,而且体现了更好的同步协调性能。     

垂线偏差对惯导系统位置误差的影响分析

针对制约高精度惯性导航系统精度的垂线偏差误差项问题，研究了垂线偏差对惯性导航系统水平位置误差的影响及各级惯导系统误差补偿时垂线偏差的指标需求。首先，推导了垂线偏差引起的惯导系统误差项的直接差分法和四阶龙格库塔数值更新算法，对比分析了两种算法在不同地区的水平位置误差的更新效果；然后，采用3种分辨率的垂线偏差网格数据对惯导系统进行补偿；最后，分析了垂线偏差补偿频率对位置误差补偿的效果并开展了车载导航DOV补偿实验。仿真及实验结果表明，两种误差更新算法都可以有效计算水平位置误差；垂线偏差最大可引起近3 000 m的位置误差，水平姿态误差与方位姿态误差1 h漂移约18″和72″;经DOV补偿后，水平定位精度提升了约230 m。     

改进粒子群算法在LQR半主动悬架的应用

针对车辆半主动悬架LQR控制中Q矩阵和R矩阵往往由经验取值的问题,提出一种基于改进粒子群算法的LQR控制方法。该算法采用随机惯性权重代替了传统粒子群算法的固定惯性权重,提高了求解精度和效率,得到了更加具有适应性的LQR控制矩阵系数。为验证此方法的有效性,基于天棚阻尼模型建立1/4车被动悬架模型和半主动悬架模型,利用线性二次最优控制建立LQR控制器,并利用优化算法得到新的控制矩阵。通过仿真对比被动悬架、LQR控制的LQR半主动悬架、改进粒子群算法优化后的优化LQR悬架的各项性能参数,发现优化LQR悬架在悬架动挠度没有受到影响的前提下,使车辆的垂向加速度和轮胎动载荷得到有效降低,提高了车辆的行驶平顺性和操纵安全性。     

开式泵控锻造油压机流量压力复合位置控制研究

针对开式泵控锻造油压机在压下过程中管路结构所带来的快锻滞后等问题,建立了机组主泵、主缸以及管路结构数学模型,推导了机组压下特性传递函数。以数学模型为基础,提出了基于流量压力复合控制的前馈补偿控制方法,实现了机组压下阶段空载位置控制以及带载压力补偿位置控制,即机组压下特性的综合控制。以0.6MN锻造油压机实验平台为基础展开仿真与实验研究,结果表明：所提出的控制方法对解决开式泵控锻造油压机液压系统快锻带载时压力上升慢、压下量不足等问题具有良好效果。     

基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机控制

针对永磁同步电动机(PMSM)的负载扰动问题,提出了一种基于降阶负载扰动观测器的永磁同步电机前馈控制方法。通过设计降阶负载观测器来实时观测电机负载转矩变化,并将观测值作为电流前馈补偿来增加系统鲁棒性;考虑到转动惯量对观测器的影响,引入了梯度校正参数估计法,对电机的转动惯量进行了实时辨识;最后,将负载转矩观测与永磁同步电机的矢量控制相结合,对永磁同步电机的q轴分量进行了转矩前馈补偿以提升系统的动态性能。仿真结果表明,采用梯度校正参数估算法能快速准确地迭代计算永磁同步电机的转动惯量,所设计的降阶负载扰动观测器能有效地估计转矩变化。研究结果表明,基于降阶负载转矩观测器的前馈补偿与永磁同步电机矢量控制相结合,能有效地提升永磁同步电动机转速控制的鲁棒性。     

New method to improve dynamic stiffness of electro-hydraulic servo systems

Most current researches working on improving stiffness focus on the application of control theories.But controller in closed-loop hydraulic control system takes effect only after the controlled position is deviated,so the control action is lagged.Thus dynamic performance against force disturbance and dynamic load stiffness can’t be improved evidently by advanced control algorithms.In this paper,the elementary principle of maintaining piston position unchanged under sudden external force load change by charging additional oil is analyzed.On this basis,the conception of raising dynamic stiffness of electro hydraulic position servo system by flow feedforward compensation is put forward.And a scheme using double servo valves to realize flow feedforward compensation is presented,in which another fast response servo valve is added to the regular electro hydraulic servo system and specially utilized to compensate the compressed oil volume caused by load impact in time.The two valves are arranged in parallel to control the cylinder jointly.Furthermore,the model of flow compensation is derived,by which the product of the amplitude and width of the valve’s pulse command signal can be calculated.And determination rules of the amplitude and width of pulse signal are concluded by analysis and simulations.Using the proposed scheme,simulations and experiments at different positions with different force changes are conducted.The simulation and experimental results show that the system dynamic performance against load force impact is largely improved with decreased maximal dynamic position deviation and shortened settling time.That is,system dynamic load stiffness is evidently raised.This paper proposes a new method which can effectively improve the dynamic stiffness of electro-hydraulic servo systems.     

Modeling and compensation technology for the comprehensive errors of fixture system

Error modelling and compensating technology is an effective method to improve the processing precision.The position and orientation deviation of workpiece is caused by the fixing and manufacturing erro...