自适应模糊PID前馈补偿在机载挂飞摆扫转台控制中的应用

针对机载挂飞转台的摆扫速度控制问题,提出了一种利用模糊自适应PID技术进行前馈补偿的复合控制策略。首先根据实际应用提出摆扫转台的期望摆扫速度曲线,并对直流力矩电机驱动的摆扫转台进行了建模;然后根据扰动前馈补偿的控制原理,提出了模糊自适应PID前馈补偿方法,为摆扫转台的速度环设计了模糊PID控制器,并在此基础上设计了与之相适应的的自适应前馈补偿函数;最后进行了仿真结果验证。通过Matlab仿真结果表明,相对于模糊PID控制,所设计的模糊自适应PID前馈补偿控制器能有效的跟踪期望的转台摆扫速度,大幅地提高了在有稳定干扰和摆扫速度越变情况下的跟踪精度。     

基于神经网络的开环光纤陀螺误差补偿方法

根据开环光纤陀螺线性度课差随角速度增大而增大的特性,提出了在大角速度情况下应用神经网络对陀螺误差进行建模并补偿,在小角速度时对陀螺输出数据进行平滑滤波以抑制噪声的分段误差补偿方法.在速率转台上对开环光纤陀螺(VG941)进行测试并采集了测量范围内陀螺的多组实际输出数据,基于这些数据对单输入单输出的神经网络进行训练,得到了开环光纤陀螺的神经网络模型.在所得模型基础上,对整个测量范围内的陀螺原始输出数据采用分段补偿方法进行了陀螺误差补偿,并使开环光纤陀螺最大线性度误差由15%下降到0.3%,提高了开环光纤陀螺的测量精度.实验结果表明基于神经网络的开环光纤陀螺误差补偿方法对提高开环光纤陀螺的精度、扩大其应用范围具有实用价值.     

基于模型的转台系统故障检测方法

研究了飞行模拟转台的建模与故障检测问题.飞行模拟转台不仅是导弹制导回路半实物仿真闭环系统中的一个环节,也是一个反馈控制系统,转台内部参数与仿真系统中的各种参数相互影响,导致故障传递特性复杂,无法简单的根据转台参数测试判断转台运行状态.根据转台系统的跟踪特性,提出了基于模型的转台系统故障检测方法.由于传统的转台建模方法存在建模困难、精度不高的问题,因此采用系统辨识方法,通过辨识实验的设计,借助Matlab软件系统辨识工具箱进行模型的辨识,建立了转台系统三个框架的数学模型,利用相同输入条件下的数学模型输出和实际系统输出之间的残差变化,对转台运行情况进行检测,较好的解决了转台系统的故障检测问题.通过对三种转台故障的检测,验证了改进方法的有效性.     

有色噪声干扰输出误差系统的偏差补偿递推最小二乘辨识方法

借助于偏差补偿原理和预滤波思想, 推导了有色噪声干扰输出误差系统参数估计的偏差补偿递推最小二乘 (Bias compensation recursive least squares, BCRLS) 辨识方法. 该方法降低了辨识对输入信号平稳性的要求, 实现了偏差补偿方法参数估计的递推计算, 可以用于在线辨识. 提出的递推 BCRLS 辨识方法优于非递推偏差补偿最小二乘算法, 提高了参数估计精度. 仿真试验证实了算法的有效性.     

基于CIM的偏差补偿稀疏NLMAD算法研究

为了解决输入信号受噪声干扰和输出观测噪声具有脉冲特征的稀疏系统辨识问题,提出一种基于CIM的偏差补偿NLMAD(Normalized least mean absolute deviation, NLMAD)算法。 利用NLMAD算法可有效抵御脉冲输出观测噪声的优势,首先应用无偏准则设计偏差补偿NLMAD算法来有效解决由于输入噪声导致的估计偏差问题。再次考虑到稀疏系统辨识问题,将CIM作为稀疏约束惩罚项引入到偏差补偿NLMAD算法提出了新的稀疏自适应滤波算法CIMBCNLMAD。将所提算法应用于输入和输出均含有噪声的稀疏系统辨识和回声干扰抵消场景中,实验表明CIMBCNLMAD算法的稳态性能优于其它自适应滤波算法,说明该方法具有强的鲁棒性且可应用于工程实践。     

高频角振动测试转台的迭代学习控制

为了提高角振动转台在陀螺高频特性测试时对周期性期望轨迹的跟踪精度,该文在PID型迭代学习控制的基础上,针对转台控制系统的稳定性和迭代学习的收敛性进行解耦设计,得到一种复合迭代学习控制器,并从频域角度给出了其收敛性条件,最后用MatlabSimulink工具箱对该设计进行了仿真研究.仿真结果表明,与常规比例-积分-微分控制相比较,这种设计改善了系统输出跟踪周期性正弦信号输入的精度,提高了系统带宽,并对系统消除周期性干扰有所裨益.结论表明这种复合迭代控制器可以应用于高频角振动转台的控制.     

一种LuGre摩擦模型自适应补偿的分析及仿真

介绍一种降低低速转台伺服系统在转动过程中由于摩擦因数影响转动精度的方法。在低速转台转动的过程中由于摩擦力等的影响,转台的速度、位置都会发生偏差,所以在转台系统上引入摩擦控制补偿。利用公式推理,通过与理论值对比,发现自适应摩擦补偿方式与传统摩擦补偿方式相比,其跟踪误差大大降低,能有效抑制摩擦干扰对伺服系统的不利影响。进行基于MATLAB环境下的仿真效果。     

滑动DCT-LMS自适应算法研究与FPGA实现

研究一种改进的低复杂度复数滑动离散余弦变换(DCT)最小均方(LMS)自适应算法,并设计该算法的FPGA实现结构。在常规LMS算法的输入端前添加改进的滑动DCT,降低输入信号之间的关联性,提高自适应算法收敛速度。改进的滑动DCT算法针对硬件实现进行了优化,提高其在硬件实现中稳定性和精度。给出算法在FPGA实现框图、结果和Matlab仿真结果的对比,以及算法在FPGA中的资源使用。算法已经在实际工程中应用,效果远优于常规LMS自适应算法。     

脱扣器寿命测试仪输出电流信号的修正补偿

脱扣器在进行寿命测试时,需要寿命测试仪提供与给定信号一致的输出电流;同时,恒流控制电路的非线性要求对输出电流进行线性补偿校正.研究了脱扣器寿命测试仪输出电流信号的线性补偿校正方法,着重讨论了基于C8051F020单片机对脱扣器寿命测试仪的输出电流信号实现软件线性补偿校正的方法,从而使输出的电流与给定电流保持一一对应的线性关系.实验结果表明,这种方法既简单,又行之有效.     

具有H∞跟踪特性的机器人自适应模糊控制

为使机器人系统在有外界扰动的情况下具有良好的抗干扰能力,加快输出跟踪误差的收敛速度并提高其精度,提出了一种稳定的模糊自适应控制策略.该控制算法基于模糊逻辑系统,将模糊自适应控制器的设计与H∞控制相结合,在鲁棒补偿的基础上引入模糊补偿;并基于Lhapunov方法,给出了学习自适应律,及H∞跟踪特性的证明.对二自由度机器人的仿真结果表明,该算法使系统在跟踪误差的收敛速度和精度上都有了很大的改善,具有良好的鲁棒性和抗干扰能力.     

Data-driven nonparametric model adaptive precision control for linear servo systems

Nowadays, high-precision motion controls are needed in modern manufacturing industry. A data-driven nonparametric model adaptive control (NMAC) method is proposed in this paper to control the position of a linear servo system. The controller design requires no information about the structure of linear servo system, and it is based on the estimation and forecasting of the pseudo-partial derivatives (PPD) which are estimated according to the voltage input and position output of the linear motor. The characteristics and operational mechanism of the permanent magnet synchronous linear motor (PMSLM) are introduced, and the proposed nonparametric model control strategy has been compared with the classic proportional-integral-derivative (PID) control algorithm. Several real-time experiments on the motion control system incorporating a permanent magnet synchronous linear motor showed that the nonparametric model adaptive control method improved the system’s response to disturbances and its position-tracking precision, even for a nonlinear system with incompletely known dynamic characteristics.     

基于DSP与FPGA的运动控制器设计

设计了一种基于DSP和FPGA的四轴伺服电机运动控制器,该控制器选用DSP与FPGA作为核心部件。针对运动控制中的一些具体问题,如高速、高精度、实时控制等,规划了DSP的功能扩展,在FPGA上设计了功能相互独立的四轴运动控制电路。该电路接收和处理4路编码器反馈信号;可以处理原点、正负方向、到位以及急停等数字量输入信号;提供16路数字输入输出信号作为系统一般功能扩充使用;具有较高的集成度和灵活性。     

A robust adaptive sliding-mode control for rigid robotic manipulators with arbitrary bounded input disturbances

In this paper, a robust adaptive sliding-mode control scheme for rigid robotic manipulators with arbitrary bounded input disturbances is proposed. It is shown that the prior knowledge on the upper bound of the norm of the input disturbance vector is not required in the sliding-mode controller design. An adaptive mechanism is introduced to estimate the upper bound of the norm of the input disturbance vector. The estimate is then used as a controller gain parameter to guarantee that the output tracking error asymptotically converges to zero and strong robustness with respect to bounded input disturbances can be obtained. A simulation example is given in support of the proposed control scheme.     

强制循环蒸发系统的非线性自适应解耦PID控制

本文结合现场的实际过程数据,首先应用能量平衡建立了强制循环蒸发过程的动态模型.针对该过程的多变量、非线性以及强耦合特性,在常规增量式PID控制器的基础上提出基于神经网络与多模型切换的非线性自适应解耦PID控制策略.该控制器是由线性自适应解耦PID控制器和基于神经网络的非线性自适应解耦PID控制器以及切换机构组成.其中线性自适应解耦PID控制器可以保证系统的稳定,而基于神经网络的非线性自适应解耦PID控制器则可以有效地提高系统的性能.上述过程的PID参数是通过广义预测的方法得到,最后通过仿真表明,上述控制方法不仅消除了回路间的耦合,在稳定生产的同时提高了蒸发的效率.     

基于遗传算法的输出反馈动态面优化控制

针对一类只有输出信号可测且非线性项含不可测状态的不确定系统,基于输入信号置换思想构建了神经网络状态观测器,结合动态面理论设计了输出反馈自适应控制方案。通过理论分析确定了控制律参数选取范围,保证了闭环控制系统所有信号半全局一致终结有界; 利用遗传算法提出一种参数寻优策略,选取了最优的输入初始值和控制律参数,解决了控制冲击问题,提高了跟踪精度。     

超磁致伸缩智能构件的位移控制系统设计与仿真

由于超磁致伸缩材料（GMM）内在的迟滞特性会引起智能构件的定位误差,并且其迟滞现象具有输入和输出一对多,输出随输入频率变化的特点,提出一种基于神经网络实现GMM智能构件动态迟滞建模方法。通过所建立神经网络实现GMM 智能构件逆迟滞模型,结合PD反馈控制器,实现智能构件的实时精密位移控制。在Matlab平台上进行仿真,结果表明所建立控制策略能消除GMM智能构件迟滞非线性的影响,实现了GMM智能构件的精密位移控制目的。     

神经网络在线学习补偿自适应控制及其应用

针对电液伺服系统的复杂非线性和不确定性特性,基于反馈误差学习法、小波分析理论并结合面向控制的辨识思想,提出了神经网络在线自学习自适应控制与"参征器"补偿控制相结合的控制方法.该方法将"过程辨识"和"参征器"引入反馈误差学习法的神经网络学习和控制中,控制参数的调整基于被控过程的小波变换结果信息,利用反馈误差学习法实现;"参征器"起监督和补偿控制作用,避免控制器的输出产生振荡或进入饱和状态.应用研究结果证明:该方法避免了采用直接反馈误差法可能造成的饱和和过调整问题;有效地提高了系统的稳定性、鲁棒性、控制精度和     

Adaptive backstepping control of wheeled inverted pendulum with velocity estimator

In this paper, we introduce a backstepping control design of a wheeled inverted pendulum. Based on a second-order motion equation of the body angle, an adaptive integral backstepping controller is designed to stabilize the body angle. It is shown that the σ-modification rule in the adaptive update law guarantees the boundedness of the errors in estimating the time-varying signal that is an output of a linear system with every bounded input signal. Then, the stabilizing controller for the wheel angle is constructed by a PD-type positive feedback. The derived controller requires the full-state measurements. In the output feedback case, the K filter or the observer backstepping is needed. However, the structure of the controller becomes complicated. We propose a non-model-based differentiator based on the adaptive update law. Since the non-model-based differentiator does not require any knowledge of the dynamic structure of the signal, we can use it as a velocity estimator for unknown nonlinear systems. Therefore, we replaced the velocity measurement with the estimates by the non-model-based differentiator. Finally, simulation results for the proposed controller are presented.     

基于PSoC的数控运动控制器

采用PSoC可编程片上系统设计了一个数控运动控制器,由于PSoC具有灵活的可自由配置的模拟、数字资源和输入输出接口以及对多种通信接口的支持,该运动控制器具有良好的可扩展性和可移植性。介绍了系统的整体结构、控制器的硬件模块设计以及直线、圆弧、Nurbs曲线插补方式和速度控制方案的软件实现,使用该控制器控制一台三轴雕刻机进行雕刻,结果表明该系统具有良好的性能。     

Adaptive Dynamic Surface Control for Spacecraft Terminal Safe Approach with Input Saturation Based on Tracking Differentiator

This thesis studies the spacecraft terminal safe approach control problem considering input saturation. Based on the spacecraft relative motion model and sphere collision avoidance potential function, an anti-saturation controller and an adaptive finite-time anti-saturation controller using dynamic surface control(DSC) are presented for the situations of known and unknown upper bound of external disturbances respectively, which can guarantee that no collisions happen in the tracking process. The second-order tracking differentiator is introduced to design the controllers, which avoids the differential of the virtual control signal and ensures the tracking performance of system output signals. Meanwhile, the auxiliary system is introduced to handle input saturation. Lyapunov stability theory is adopted to prove that the states of system under the designed controllers are uniformly ultimately bounded and practical finite-time stable respectively, and the chaser spacecraft can approach to the desired position without collision. The numerical simulation results demonstrate that the chaser spacecraft using the designed controllers can realize terminal safe approach to target spacecraft, which further illustrate the effectiveness of the proposed controllers.