基于微分平坦的旋转倒立摆双闭环抗扰 PID 控制

针对一类不稳定、欠驱动二自由度旋转倒立摆系统, 提出一种基于微分平坦的双闭环抗扰 PID 控制方法。 首先, 建立倒 立摆的非线性动力学模型, 利用近似线性化分析系统的不稳定零动态与非最小相位特性; 然后, 结合微分平坦理论, 设计倒立摆 平坦输出,重构系统平坦状态, 并建立平坦状态与角度输出之间的转化关系,克服倒立摆的非最小相位影响; 进一步, 针对微分 平坦系统, 设计抗扰 PID 双闭环控制结构和带宽化调节方法, 在主动抗扰机制下实现对摆杆角度与悬臂角度的精准控制; 最后, 通过仿真与实验, 验证所提方法的有效性和实用性。 所提方法为欠驱动系统提供了一种结构简单、抗扰能力强的控制方案。     

基于LADRC的电动舵机高动态控制方法

自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)继承了PID控制基于误差反馈的优点,在控制中不需要模型的先验知识,并结合了经典调节理论与现代控制理论各自的优点,因而在实际工程中得到了广泛应用。文中分析了电动舵机传统PID控制中存在的动态响应慢和抗扰能力弱的问题;建立了基于直接转矩控制的舵机系统数学模型;设计了线性扩张状态观测器,并给出了观测器参数的简便确定方法,通过观测器观测出的扰动将系统补偿为串联积分器的形式;采用不同的控制器对补偿后的系统进行稳定性分析,根据稳定性和实现难易程度,决定采用比例微分负反馈控制器。最后对设计的观测器和控制器进行了仿真,仿真结果表明,设计的观测器和控制器与传统PID控制相比在动态响应和抗扰能力上都具有巨大的优势。     

气动恒力控制系统的自抗扰控制

针对磨削和抛光等对恒力控制装置的迫切需求,开展气动恒力控制系统研究。由于气动系统存在比例流量阀死区、气缸摩擦力以及气体可压缩等非线性问题,提出了一种二阶线性PID自抗扰控制器,并加入了死区补偿器。该控制器采用跟踪微分器对输入信号进行过渡,利用扩张状态观测器对非线性参数影响进行估计,并通过线性PID反馈控制律进行补偿,同时引入死区补偿器快速跳过死区范围。试验结果表明,相比传统PID控制和积分型线性自抗扰控制(I-LADRC),线性PID自抗扰控制具有更好的动态响应以及更强的鲁棒性,并且稳态误差小于2 N。     

光纤传感器在涡轮轴向位移检测中的应用研究

以光纤传感原理为基础，采用一种强度补偿型反射式光纤位移传感器，借助光纤本身的优势，实现涡轮机轴向位移的实时监测。系统包括光源及其驱动电路、光纤传输通道、信号处理电路和信号输出系统。通过双路接收的方法消除因光源发光功率波动、光纤损耗变化以及环境干扰光等因素对测量结果的影响。采用稳压源驱动和温度补偿保证光源发光的稳定性，进行转速监测以补偿速度变化引起的误差。采用单片机完成被测信号的识别和处理，提高了测量的精度。     

飞行模拟器操纵负荷系统的数学建模及仿真研究

对飞行模拟器操纵负荷系统进行数学建模,为适应不同模拟对象和不同工作模式杆力特性变化要求,提出了三段式跟踪力模型。分析了驾驶员操纵产生的位移扰动对电液伺服施力机构的影响,找出了提高跟踪性能的关键因素——多余力和稳态误差。通过采用结构不变性原理及PID控制来实现力的逐点跟踪。仿真结果表明,利用三段式跟踪力模型,并且采用前馈校正策略加PID控制,可实现动态模拟,并且有效地减小多余力,控制稳态误差,达到力跟踪精度性能的要求,为构建操纵负荷系统原理样机提供了数据参数和控制策略的依据。     

基于灰色PID的摆动气缸伺服系统位置跟踪研究

针对具有不确定或未知的外部负载干扰的阀控摆动气缸位置跟踪控制问题,提出以灰色系统理论与PID控制相结合的方法。构造了灰色PID控制算法,对系统不确定部分建立灰色模型,进行灰色预估补偿,实现对PID参数的最佳整合。经仿真和试验研究表明,该算法可以提高PID控制质量及其鲁棒性,获得较好的跟踪控制效果。     

Information fusion based optimal control for large civil aircraft system

Wind disturbance has a great influence on landing security of Large Civil Aircraft. Through simulation research and engineering experience, it can be found that PID control is not good enough to solve the problem of restraining the wind disturbance. This paper focuses on anti-wind attitude control for Large Civil Aircraft in landing phase. In order to improve the riding comfort and the flight security, an information fusion based optimal control strategy is presented to restrain the wind in landing phase for maintaining attitudes and airspeed. Data of Boeing707 is used to establish a nonlinear mode with total variables of Large Civil Aircraft, and then two linear models are obtained which are divided into longitudinal and lateral equations. Based on engineering experience, the longitudinal channel adopts PID control and C^⁎ inner control to keep longitudinal attitude constant, and applies autothrottle system for keeping airspeed constant, while an information fusion based optimal regulator in the lateral control channel is designed to achieve lateral attitude holding. According to information fusion estimation, by fusing hard constraint information of system dynamic equations and the soft constraint information of performance index function, optimal estimation of the control sequence is derived. Based on this, an information fusion state regulator is deduced for discrete time linear system with disturbance. The simulation results of nonlinear model of aircraft indicate that the information fusion optimal control is better than traditional PID control, LQR control and LQR control with integral action, in anti-wind disturbance performance in the landing phase.     

基于遗传算法的磁悬浮盘片PID参数的整定

介绍了磁悬浮盘片系统的机构及控制原理,针对磁悬浮盘片数字控制系统设计了以TMS320C6713为核心的双闭环软件控制系统。根据采用的PID控制策略及其存在的问题,提出了利用遗传算法进行PID参数寻优,并采用MATLAB仿真模型对寻优参数进行分析仿真。     

Robust friction compensation for submicrometer positioning and tracking for a ball-screw-driven slide system

Ball-screw-driven slide systems are largely used in industry for motion control applications. Their performance using standard proportional-integral-derivative (PID) control algorithm is unsatisfactory in submicrometer motion control because of nonlinear friction effects. In this article, controllers based on a bristle-type nonlinear contact model are developed and implemented for submicrometer motion. For submicrometer positioning, a proportional-derivative (PD) control scheme with a nonlinear friction estimate algorithm is developed, and its performance is compared with that of a PID controller. For tracking, a disturbance observer was added to reject external disturbances and to improve robustness. The experimental results indicate that the proposed controller has consistent performance in positioning with under 1.5% of steady-state error in the submicrometer range. For tracking performance, the proposed controller shows good and robust tracking with respect to parameter variation.     

基于模糊-PID控制策略的变频恒压供水系统的仿真研究

针对恒压供水系统普遍存在的惯性大、非线性、随机性及纯滞后性的特点,设计了一种基于模糊 -PID控制策略的变频恒压供水系统。硬件部分介绍了系统的结构及组成,软件设计部分首先构建系统数学模型,研究了PID控制与模糊控制理论,并最终将模糊 -PID控制策略用于对系统的控制,同时兼具传统PID控制精度高及模糊控制动态响应特性好的优点。最后用MATLAB进行仿真的结果表明:模糊 -PID控制器能够使系统的动态、稳态性能优化,具有一定的应用前景。     

水下密闭容器压力非线性PID跟踪控制方法及仿真研究

对水下密闭容器压力跟踪控制系统进行理论分析,将一种根据偏差实时修正参数的非线性PID控制方法应用到该控制系统,在AMESim软件中建立控制对象仿真模型,在Matlab/Simulink模块中建立非线性PID控制算法的模型。联合仿真结果表明,系统控制精度高,响应快,避免了传统PID快速性和超调性之间的矛盾,不同信号作用下的跟踪曲线也表明,该控制方法用于水下密闭容器压力跟踪控制时具有良好的抗干扰性。     

压电陶瓷驱动器模糊自整定PID控制方法研究

本文将模糊自整定PID控制思想应用于对压电陶瓷驱动器的控制，运用模糊理论的方法对PID的3个参数进行在线自调整，有效克服压电陶瓷驱动器迟滞，非线性的影响。在LabVIEW环境下实现了该控制算法。在此基础上，建立了实验系统，对压电陶瓷驱动器进行模糊自整定PID控制研究。实验结果表明，被控制方法明显提高了系统的动态性能和稳态精度，同时系统具有较强的适应性和鲁棒性。     

干涉条纹相位锁定系统

干涉曝光系统中干涉条纹的相位漂移会导致曝光对比度降低,为了有效抑制相位漂移,利用声光调制器对干涉光频率进行实时调制。分析了条纹漂移的特点,指出了主要干扰源是0~5 Hz的空气扰动。应用数值分析法得到了条纹漂移量与曝光对比度的关系曲线,并以此为依据提出了条纹锁定精度的目标值。针对所要达到的锁定精度,给出了系统硬件的选型方法,搭建了基于RTX的干涉条纹相位锁定系统。利用闭环辨识的方法得到了系统的参数模型,完成了反馈控制器的设计,最终实现了实时锁定条纹相位的功能。实验结果表明,在400Hz的控制频率下,干涉锁定系统能够有效抑制0~5Hz的低频扰动,干涉条纹相位漂移的3σ值可以控制在±0.04个条纹周期内,满足干涉光刻的曝光对比度要求。     

Phase distortion analysis and passive demodulation for pipeline safety system based on Jones matrix modeling

Phase distortion happens in the distributed optical fiber oil and gas pipeline leak detection and early warning system, which results in decreased sensitivity of the system and bigger location errors. This paper studies the birefringent characteristic of the optical fiber interferometer sensing arm, and the Jones matrix model of the optical polarization is established. On the basis of this model the optical path and location principle are improved by using two 3 × 3 couplers to acquire four light signals. Then, the demodulation method is adopted to get phase differences induced by perturbation of the two reverse optical paths, which are used subsequently in cross-correlation algorithm to achieve the time-delay estimation. Compared to the method of polarization control, this approach simplifies the system structure and reduces the cost. The trial results show that this method not only eliminates the effect of the phase distortion but also improves the system’s accuracy and locating stability.     

液晶自适应光学系统中倾斜镜的建模与控制

为了提高液晶自适应光学系统的波前探测精度,研究了该系统中倾斜镜的校正方法。分析了液晶自适应光学系统中各环节的物理特性,利用拉格朗日方程给出了倾斜镜系统模型的基本结构;采用子空间辨识方法确定了模型参数,同时利用非线性最小二乘算法对子空间模型的频域特性进行了修正。修正后模型幅频特性均方根误差为0.024 5dB,相频特性均方根误差为1.9008°。引入Smith控制策略来解决倾斜镜校正波前整体倾斜过程中的时滞问题;利用子空间辨识出的模型分别进行Smith和PID的仿真和实验验证,得到的结果与仿真计算相吻合,即在相同稳定裕度的情况下,采用Smith补偿PID算法的误差抑制带宽比传统PID算法提高了23.97%。最后,用提出的方法对一组湍流整体倾斜信号进行了校正。结果显示:采用Smith补偿PID算法的控制精度比传统PID算法提高了21.03%,证实提出的方法优化了倾斜镜的校正精度,保证了开环液晶自适应光学系统的波前探测精度。     

折臂式高空作业车轨迹跟踪与控制研究

针对折臂式高空车自动化控制程度较低的问题,以某型号18 m折臂式高空作业车为研究对象,应用机器人学理论,通过建立其运动学模型,实现了作业平台的轨迹跟踪控制,为最终实现折臂式高空车常用工况下的自动控制打下基础.为解决折臂式高空车臂架液压系统控制精度低,控制存在滞后问题,建立了臂架液压系统的数学模型,针对该模型设计自整定模糊PID控制系统,在MATLAB/Simulink环境下,对控制系统进行仿真验证,仿真结果表明,加入自整定模糊PID控制器后,臂架系统的响应速度增加,稳态误差消除,跟随能力加强.     

双马达回转同步驱动系统建模与控制研究

针对双液压马达回转高性能同步驱动问题,引入无阻尼行星系齿轮传动弹性动力学理论,基于双液压马达回转运动特性建立了系统非线性动力学模型;针对回转系统跟踪性能和同步性能要求,引入迭代学习控制算法(ILC),提出了结合离散化PID控制器结构的IL-PID同步控制策略。该控制策略基于“等同式”同步控制原理,在各单通道内部采用独立的离散化PID控制实现系统跟踪性能,在多通道间采用基于闭环D型学习律的IL控制实现系统同步性能。在五自由度液压伺服机械手上的实际应用结果表明,该控制策略相比于传统的PID控制具有较好的跟踪性能和同步驱动性能。     

基于光强实时反馈控制和同步校准的波长调谐移相干涉系统

波长调谐移相干涉技术是通过改变光波长来计算相位的。为了减少可调谐激光器在变波长进行移相时光功率的随机变化对相位计算产生的误差,本文提出了一套光强实时反馈控制系统和同步校准方案。首先分析了光强在某一范围内的随机变化产生测量误差,并选用合适的光电检测设备搭建了一套光强控制系统。该系统能够将光信号转化为电信号,并通过PID来实现对光强的控制。实验结果表明,本系统能够将光强的变化范围控制在±0.002 mW以内,其响应速度达到600 kHz,已远远超过干涉仪CCD的取图速度。最后,对口径为50 mm的光学元件进行表面形貌检测,加入本控制系统后,面形精度的测量指标PV值和RMS值分别提高了1.53×10^-2λ和2.43×10^-3λ,表明本系统在高精度的光学元件检测领域具有重要的实用价值。     

光纤透镜研磨抛光的轮廓成形控制系统的研究

为了有效地减小光纤透镜的研磨抛光轮廓误差,设计一种两轴联动的交叉耦合轮廓控制器,并且针对光纤透镜研磨抛光机床的运动特点,给出了交叉耦合轮廓误差模型.然后利用Matlab软件对该交叉耦合轮廓控制的效果进行了仿真研究与分析.仿真结果表明,利用该控制器能使系统轮廓误差从0.075 μm减小到0.03 μm,但由于加入了交叉耦合器的补偿量,Z轴的跟随误差也从0.05 μm增大到0.07 μm.同时也表明两轴联动的交叉耦合控制系统远远优于单轴PID控制系统.     

双梁抓斗起重机负载运动自动化防摇控制方法

针对双梁抓斗起重机扰动较大、防摇控制性能较差的问题,提出一种双梁抓斗起重机负载运动自动化防摇控制方法。分析双梁抓斗起重机的运动特点,采用拉格朗日方程组建双梁抓斗起重机的动力学方程。通过 PID 控制理论和模糊理论,设计模糊自适应 PID 控制器,利用控制器对双梁抓斗起重机负载运动过程中出现的扰动进行控制,最终完成自动化防摇控制。仿真实验结果表明,当时间为 21 s 时,小车就可以到达指定位置,且各项动态性能测试指标均较优,所提方法可以更好地完成自动化防摇控制。