变刚度电液力系统主导极点 模型自适应控制研究

针对位置扰动型被动式电液力系统中负载刚度变化会导致系统不稳定、控制精度差等问题,提出了一种基于主导极点参考模型的自适应控制策略。首先建立了位置扰动型被动式电液力系统数学模型,分析了负载刚度变化对系统动态特性的影响;然后根据系统性能指标设计出了一种基于主导极点且满足严格正实、稳定最小相位系统要求的理想参考模型,并依据Narendra稳定自适应控制器方案设计了模型参考自适应控制器;最后借助MATLAB/Simulink软件对所设计控制器进行了仿真研究。研究结果表明:主导极点模型自适应控制器能够有效抑制负载刚度变化对系统动态特性的影响,使系统在20.7 ms内快速跟踪指令信号且具有极佳的一致性,同时自适应系统在14 Hz时幅值误差为0.005%,相位滞后9.58°,拓展了系统频宽。     

基于自适应反步滑模与死区逆补偿的闭式泵控系统位置输出控制策略

为了解决电液伺服闭式泵控系统位置控制过程中系统参数不确定性和系统死区问题，提出了一种自适应反步滑模控制与死区逆补偿控制相结合的串联控制策略。首先，阐述了电液伺服闭式泵控系统的原理，在此基础上构建了电液伺服闭式泵控系统的数学模型和仿真模型；其次，基于自适应反步控制与滑模控制消除了系统非匹配不确定性及避免参数嵌套，设计了自适应反步滑模控制器；接着，利用平滑连续指标函数构造了光滑死区逆函数，设计了死区逆补偿控制器，并将两者组成串联控制器；最后，利用MATLAB/Simulink软件构建了系统仿真模型，并进行了相应的分析。研究结果表明：采用串联控制器的系统位移跟随精度可以达到±0.6μm,稳态精度则可以达到±0.3μm,系统在0.6 s左右时到达稳态；同时，参数自适应律在系统位置控制过程中可对系统不确定性参数进行实时调整，提高系统稳态控制精度；仿真结果验证了所提串联控制策略的有效性。     

基于自适应反步控制的提升系统钢丝绳张力控制

研究了双绳缠绕式提升系统的钢丝绳张力控制,该系统由实现运输功能的提升系统和用于调整钢丝绳张力的电液伺服系统组成。建立了考虑参数不确定性和外部干扰的DRWHS动力学模型提出了一种结合非线性扰动观测器的鲁棒非线性自适应反步控制器。为验证所提控制器的可行性和有效性,对x PC快速原型系统控制的DRWHS进行了实验研究。实验结果表明,与传统的比例积分控制器和自适应反步控制器相比,该控制器具有良好的钢丝绳张力协调控制性能。     

被动式电液力系统反步控制算法的简化研究

被动式电液力加载系统在精度、多余力和大质量负载等方面存在一定的问题，为此，提出了一种针对反步控制器的简化方法。首先，利用反步控制算法抑制了多余力，分析了控制信号的结构组成和阶数；然后，阐述了负载质量对控制信号的影响，计算了组成控制信号各项的数量级，并分析了其占比权重；最后，忽略了控制信号结构中数量级很小的部分，以此来简化反步控制器，采用李雅普诺夫稳定性理论对简化后的反步控制器的有效性及系统的稳定性进行了验证，并用MATLAB/Simulink检验了控制策略的有效性及控制性能。研究结果表明：被动式电液力系统存在位置干扰的情况下，在加入简化后的反步控制器后，对其输入不同的指令信号，系统能表现出良好的跟踪性能(在10 Hz时，输出力在31 ms内可快速跟踪指令信号，且稳态误差仅0.94%);简化后的反步控制器结构简单，在工程上更易于实现，且在含有一定质量负载的场合下能有效抑制多余力；相比于传统控制器，其效果更佳、跟踪指令信号速度更快。     

重型机械臂电液系统的神经网络辨识与反步控制

针对重型机械臂的电液驱动系统因非线性、参数时变等因素引起的控制精度下降问题，提出了一种基于RBF神经网络辨识动态负载的反步控制策略。以某锚杆钻车重型机械臂的电液系统为例，建立了系统的数学模型，将其分解为系统内部状态反馈、控制器驱动及外部负载驱动这3个动力学部分。考虑电液系统内部参数变化的缓慢性，通过离线辨识的方法，得到系统内部状态反馈中的标称模型参数。控制器的设计采用反步法，其输出计算需要对外部负载进行辨识，对此采用RBF神经网络进行动态负载辨识，辨识与控制的动态过程及设计原则依据Lyapunov稳定性原理。仿真与实验结果表明：所设计的控制算法有效提高了机械臂的位置跟踪精度，具有响应速度快、轨迹误差小的特点；控制器输出的控制量也相对较小和平滑。     

变刚度电液力加载系统性能研究

针对海洋船舶拖曳系统半实物仿真的需要,设计了以钢丝绳为力传递介质的电液力加载系统。建立了力加载系统的数学模型,通过试验得出了钢丝绳刚度与加载力的对应关系式;分析了钢丝绳刚度对系统性能、控制器设计的影响,得出钢丝绳刚度减小会导致力加载系统频宽减小、滞后增大的结论。基于此设计了变增益前馈补偿控制器。试验结果表明,该方法提高了系统加载力跟踪精度。     

电液伺服系统位置跟踪平整度控制策略研究

为提高电液伺服系统位置控制跟踪精度，提出一种基于平整度设计方法的控制策略，该设计方法不需要对系统状态变量求导，因而，传感器测量噪声及未建模特性不会被放大，进而可以提高电液伺服系统位置跟踪精度，并且控制方法的设计过程简易；为验证提出的控制器的有效性，搭建了电液伺服系统实验台，对提出的控制策略进行了实验研究，结果证实，与反步控制器及传统的PI控制器相比，提出的控制器能更有效地提高了电液伺服系统位置跟踪精度。     

三维非线性比例微分与小脑模型神经网络复合控制的变柔性负载电液力控制系统

分析电液力控制系统的数学模型,提出新的三维非线性比例微分(Proportional differential,PD)与小脑模型神经网络(Cerebcllar model articulation controller,CMAC)复合控制的方法用于变柔性负载电液力控制系统.三维非线性PD对系统参数变化不敏感,使系统在负载刚度大范围变化时保持稳定;CMAC前馈控制的加入,利用其非线性逼近能力,减小了系统的跟踪相位差.对三维非线性PD与CMAC复合控制的电液力控制系统的仿真和试验结果表明,将二者结合,可有效用于时变柔性负载电液力的控制,同时该方法具有运算量小、便于在工程实践中应用的优点.     

四辊卷板机侧辊位移跟踪控制

针对四辊卷板机侧辊位移跟踪控制存在负载变化、参数摄动和未建模动态等不确定性问题,提出一种基于非线性扰动观测器的自适应滑模控制策略。采用非线性扰动观测器在线获取并补偿等效扰动;针对引入非线性扰动观测器后的系统,采用反步法设计自适应滑模控制器,利用自适应律动态补偿扰动观测误差,以降低滑模控制器的切换增益。该设计方法放宽了滑模切换增益对系统不确定性上界的先验性要求,降低了外界干扰和系统不确定性对侧辊位移跟踪性能的影响。同时,采用李雅普洛夫方法证明了侧辊位移跟踪闭环控制系统的稳定性。根据工程实际参数进行仿真,结果表明,该控制策略对系统的不确定性,特别是负载变化具有较强的鲁棒性,可以满足侧辊位移快速、精确跟踪的要求。     

基于定量反馈理论(QFT)的三轴仪轴向力伺服控制系统的研究

以电液伺服三轴仪伺服轴向力的伺服系统为研究对象,采用定量反馈理论(QFT)设计的鲁棒控制器进行控制其设计,并利用AMESim软件建立液压系统的动态数学模型,代替传统的传递函数所建立模型的进行联合仿真。研究表明,QFT控制器可以有效抑制参数扰动,如弹性负载刚度变化、油液有效体积弹性模数变化,系统摩擦力变化。工程上易于实现,可以有效地改善伺服三轴仪的控制性能。     

弧形轨道目标模拟器运动控制系统设计研究

针对目标模拟器运动速度快、精度要求高的特点,提出了一种基于PMAC的弧形轨道目标模拟器运动控制方法。以“PC+PMAC运动控制器”作为控制系统结构,阐述了运动控制系统的组成和工作原理,分析了运动控制卡的控制算法和参数整定方法,并讨论了用PMAC控制卡实现正弦运动的方法。     

自校正PID控制器在磁悬浮平台中的应用

利用动力学和电磁学方法建立了磁悬浮系统的数学模型,分析了系统的刚度阻尼与控制系统之间的关系,在数学模型的基础上以自校正PID结构针对磁悬浮平台设计了非线性控制器,并在磁悬浮平台上进行了实验,结果证实这种控制器具有完全的鲁棒性,良好的参数适应性,同时具有广泛的适用性.     

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。     

空间飞行器失重试验安全保护分析与设计

针对空间飞行模拟器采用自由落体原理模拟空间失重运动环境的安全性和可靠性要求,提出了慢回弹海绵垫缓冲保护方法,建立了该种方法的数学模型,计算了慢回弹海绵刚度与模拟件下陷深度的关系以及慢回弹海绵刚度与模拟件受最大作用力的基本关系。设计了二层不同刚度回弹海绵组成的安全缓冲保护方案,并使用Abaquse建模、分析,仿真了试验过程。仿真计算结果表明该方案可行,在缓冲过程中的模拟件受到的局部最大应力小于模拟件的屈服强度。在实际试验中使用该方案得到了安全性验证。     

磁浮轴承的控制和动态过程研究

建立了磁浮轴承的近似非最小相位传递函数模型，并基于此模型设计了保证系统稳定的闭环控制器。通过控制系统仿真对控制器参数进行了整定，分析了在不同扰动下转子的位移变化、电磁力和刚度的变化以及转子在高速时失控的原因，探讨了控制器参数与电磁轴承刚度及运转稳定性之间的变化关系。     

基于环境刚度模糊自适应估计的机器人力控制

在未知环境中为实现精确的接触力控制,需要力控制器能够适应环境的变化。该文将多模型模糊控制器引入到机器人力控制中来适应未知环境的变化,针对几种典型的接触环境刚度设计相应的模糊控制器。由于在环境变化时,很难得到精确的环境刚度值,该文对环境刚度进行模糊自适应估计,进而确定各个模糊力控制器的加权系数,模糊力控制器生成机器人位置控制系统的输入指令。仿真研究表明所设计的控制器是可行和有效的。     

太阳能光伏阵列模拟器设计与实验研究

针对分布式发电系统的特点和太阳能电池阵列的输出特性,设计了光伏阵列模拟器和最大功率点追踪控制器,并进行了实验研究,实验结果表明所设计的光伏阵列模拟器能够对给定参数的光伏阵列进行模拟,并具有较高精度。     

抑制电液力矩控制系统的多余力矩的新方法

针对电液力矩负载模拟器的多余力矩的抑制问题,分析了现有抑制方法的优缺点.在考虑力矩传感器刚度和加载侧惯量影响的情况下,建立了电液力矩加载系统的动态模型,指出多余力矩不仅与运动速度干扰有关,而且还与运动加速度干扰和加速度的变化率干扰有关.在此基础上给出了一种从职能分工角度抑制多余力矩更有效的控制方法--混合控制法.通过对所开发研制的一种电液力矩负载模拟器的试验表明,经辨识所得出的多余力矩的变化规律与理论结果完全一致,新方法补偿多余力矩的效果大为提高,且具有较强的适应性.     

基于DSP的液压伺服系统模糊神经网络PID控制

针对道路模拟试验台阀控液压位置伺服系统,介绍一种高性能控制器的设计方法。以高性能的TMS320F28335 DSP芯片为核心设计控制器硬件,并应用模糊神经网络PID控制方法设计控制器软件。对试验台装置实验测试,结果表明,相比于传统PID控制,模糊神经网络PID控制在保证控制精度的同时,具有更小的超调量和更快的响应速度。