基于切换系统理论的伺服转台摩擦建模与补偿

为了降低非线性摩擦因素对伺服转台的影响,提高系统的跟踪性能,本文提出了一种基于切换理论的伺服转台摩擦建模和补偿方法。该模型用LuGre摩擦模型和Stribeck摩擦模型分别表征在启动阶段和平稳运行工况下转台内部的摩擦特性。首先采用遗传算法分别辨识模型动静态参数,然后以转台速度和刚鬃形变的程度作为切换条件,基于切换系统理论获得的摩擦模型,最后在原有PID控制的基础上结合摩擦补偿,实现基于切换摩擦模型的复合控制。未加入补偿时的动态跟踪误差平均值约为0.01425 rad/s,而加上补偿之后速度跟踪误差平均值降低为0.00192 rad/s,对补偿前后的跟踪数据进行残差分析的结果也证明了该模型的有效性。实验结果表明该切换摩擦模型能直观、精确地描述伺服转台的摩擦特性,基于该摩擦模型的反馈补偿能减小系统的跟踪误差,提高系统的跟踪性能。     

神经网络在感应同步器零位误差补偿中的应用

根据实际测量得到测角系统在0°~360°之间全部零位误差数据,分析测角系统产生奇、偶点跳跃零位误差的原因来自于感应同步器测角系统引入的非有效电势。以实测误差数据为样本,运用神经网络建立测角系统的角度测量误差模型,提出一种对奇、偶点跳跃的零位误差进行分段辨识方法,并设计完成一种组合神经网络误差模型。仿真研究结果表明用分段辨识方法建立的误差模型计算误差预测值准确,模型泛化能力强。该文设计的误差模型用于零位误差数据的补偿,可将测角系统的零位误差从±102减小至±1.02。     

基于摩擦补偿的伺服转台自抗扰控制策略研究

摩擦非线性扰动是影响伺服跟踪系统控制性能的主要因素之一。为提高转台伺服系统的跟踪性能,提出了一种基于Elastoplastic摩擦模型的改进自抗扰控制方法。首先,建立了转台伺服系统的状态空间模型;其次,采用Elastoplastic摩擦模型描述系统中的非线性摩擦扰动,并用遗传算法辨识了模型参数;最后,基于辨识获得的Elastoplastic摩擦模型,将位置误差和速度误差作为不同的参数分别应用到扩张状态观测器,设计了一种改进型自抗扰控制器。未引入摩擦补偿时的速度跟踪误差平均值约为0.0024 rad/s,而加入补偿后的速度跟踪误差平均值减少为0.00147 rad/s。仿真和实验结果表明,本文提出的控制方案能够提高转台伺服系统的跟踪性能,验证了所提出控制方法的有效性和鲁棒性。     

悬臂式坐标测量机误差分离与补偿的研究

对一台自主设计的,专用于连铸结晶器测量的悬臂式坐标测量机进行研究,分析了影响其精度的主要误差源。用齐次坐标变换矩阵建立测量机的几何误差修正模型,并附加了非刚性误差补偿项。使用激光干涉仪和激光跟踪仪将误差模型中的各项误差给予逐项的分离,经计算后代入误差模型进行补偿。实测结果表明,当测量机沿体对角线运动时,其最大位移误差从补偿前的600μm降低到50μm,因此该补偿方法是有效可行的。     

基于扰动观测和补偿的PMSM伺服系统位置跟踪控制

针对存在参数摄动和外部扰动力矩的PMSM伺服系统位置跟踪控制问题,提出一种基于扰动观测和补偿的滑模控制方法。采用扰动观测器估计系统参数摄动以及负载力矩,并在此基础上对等效扰动进行补偿,减小了模型不确定性对系统控制性能影响,系统的位置跟踪误差由0.85 rad减小到0.35 rad;在保证系统稳定性的前提下,去除了常规滑模控制中的不连续控制项,有效地减小了抖振。实验结果表明,与工程上常用的PID算法相比,基于扰动观测和补偿的滑模控制算法不仅能够显著提高PMSM伺服系统的位置跟踪精度,而且能有效地削弱抖振。     

基于RBF神经网络的测斜仪方位角校正研究

本文介绍了国内常用磁性电子测斜仪的结构和测斜原理,分析了其本身和工作过程中可能存在的误差及其来源。针对井眼姿态测量中的主要测量参数之一方位角,基于径向基函数(RBF)神经网络补偿算法,建立了以实测井斜角和方位角构成的二维向量为输入、标准方位角构成的一维向量为输出的三层RBF神经网络模型,并用实际测斜仪的测量数据进行现场测试。测试结果表明,采用该RBF神经网络补偿算法,建模时间短,可将方位角的实际测量精度从±2.1°提高至±1.9°以内,误差补偿效果好。     

基于RBF网络的数控直线电机进给定位精度研究

文章研究了数控直线电机工作台的误差测量、建模及补偿技术。分析了定位平台的误差来源,采用激光干涉仪测量工作台的定位误差,用RBF算法建立神经网络误差模型,根据误差校正值进行误差实时补偿实验。仿真和实验结果表明:经过样本训练的神经网络模型对工作台的误差具有良好的学习能力和泛化能力,工作台定位精度显著提高,并且较好地解决了随机误差对系统的影响。     

无陀螺惯性测量系统的标定及误差补偿研究

本文针对旋转弹用弹旋基准问题,提出八加计惯性测量系统方案,并进行了加速度计静态标定实验,给出了静态标定算法及模型系数标定结果。在此基础上,设计了系统动态标定实验及误差补偿方案,在实验室自研高速转台上标出了转台加速过程的完整的动态误差补偿模型,实施了惯性测量系统的实验弹模拟实验。经标定补偿后的误差模型,解算滚转角在9S内最大累积误差为-4．071°。实验结果表明动态误差补偿模型能有效提高滚转角的解算精度,具有一定实际应用价值。     

空间激光通信精瞄指向机构的控制策略设计与仿真

在空间激光通信瞄准、捕获、跟踪系统中,其中一个关键难点问题是在较大的瞄准范围内实现高精度的静态指向和快速的动态响应。为了提高跟瞄精度和跟瞄带宽,本文采用一种新型高精度指向机构,提出位置环和电流环的双闭环控制器,并设计陷波滤波器来抑制系统谐振。最后,基于Matlab/Simulink搭建精瞄指向机构控制系统的仿真平台,以验证算法的控制性能。仿真实验结果显示:设计的控制策略在输入角度幅值为±0.01°时,系统带宽可达224.61 Hz;在角度幅值为±2°,带宽可达30.5176 Hz;同时静态指向精度均可控制在±15μrad范围内。     

小范围回转轴系感应同步器测角系统的误差分离技术

利用 391齿盘、平面反射镜及自准直仪测量了某一小范围(50°)回转轴系的圆感应同步器测角系统的角位置误差,利用测角系统的误差特性,建立了回归误差模型,并通过最小二乘法得出了圆感应同步器一个节距内的一次谐波和二次谐波误差,根据误差的幅值和相位,采用硬件补偿技术,使圆感应同步器测角系统的误差大大降低。     

同步自整角机自动测试系统测角误差研究

同步自整角机自动测试系统被用于精确测量同步自整角机的旋转角度,其角度测量误差是该系统的主要性能参数。对此,本文基于神经网络对该系统的测角误差进行了分析与补偿,从而减小角度测量的误差。首先介绍了这种测试系统的测角原理,然后分别对系统内SDC轴角数字转换芯片输入信号的幅度失配、相位不正交、与激磁信号不同相等问题进行了建模并获得误差表达式。最后,在误差补偿方面,分别从硬件和软件角度进行减小和补偿误差：硬件部分通过设计滤波移相电路以滤除高频噪声从而减小误差;软件部分提出了基于BP神经网络的误差补偿措施。通过实验数据的分析,采用16位转换器的同步自整角机自动测试系统的测角精度为0.3′,并且经过误差补偿后同步自整角机自动测试系统的测量误差小于±6′,满足精度设计要求。     

永磁直线同步电动机的变增益零相位H∞鲁棒跟踪控制

针对永磁直线同步伺服电机（PMLSM）直接驱动伺服系统,提出了一种将变增益零相位误差跟踪控制（VGZPETC）和H∞鲁棒控制相结合的鲁棒跟踪控制策略,以解决系统的快速而精确的跟踪性能和抗扰性能之间的矛盾.变增益零相位误差跟踪控制器克服了建模误差、系统参数变化等的影响,保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而H∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性能.仿真结果表明,该方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时,对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.     

压力测量误差中软件补偿

文中介绍了在开发智能电子压力测试系统的基础上影响测压系统精度的软件自校准补偿方法。其特色是对压力传感器采取了数字温度补偿技术,实时测压精度优于±０．０２％ＦＳ。实验结果表明：软件自校准在压力测量中是一种经济,有效的方法。     

光栅测量系统的误差研究

研究光栅系统的误差构成及其变化规律,对提高光栅测量系统的精度,进行测量系统结构的优化设计均具有重要意义。在全面分析光栅测量系统误差来源的基础上,定量描述了光栅副误差、导轨误差、工作台误差,建立了光栅测量系统总误差模型;研制了一套激光干涉仪与光栅测量系统实时比对实验装置,实现了光栅测量系统综合误差的分离。通过模型仿真与实验比对,验证了总误差模型的有效性。应用该模型对光栅测量系统进行误差修正,能显著提高光栅系统的精度,使测量不确定度减小了一半。     

三坐标测量机高速测量过程动态误差分析与补偿

三坐标测量机测量过程的动态误差制约着工业现场测量效率的提高,为此,提出一种三坐标测量机高速测量过程动态误差补偿方法以改善测量精度。为使研究具备典型性与代表性,以市场上较为广泛使用的移动桥式三坐标测量机为研究对象,通过建立误差分离平台分析测量机高速测量过程动态特性,确定了能够表征测量过程动态误差的四项参数,即最大定位误差(MPE)、残余定位误差(RPE)、最大逼近误差(MAE)、残余逼近误差(RAE)。采用正交实验方法分析了动态误差参数的共性影响因子(定位速度、定位距离、逼近速度、逼近距离)对动态参数的影响程度,并利用三坐标测量机测量标准球得到训练样本和测试样本,分别使用训练样本和测试样本对测量机测量过程动态误差进行建模和补偿。结果表明,经模糊神经网络模型补偿后动态过程误差分别减小了88.8%、80.2%、90.8%、71.3%,证明了模糊神经网络模型能够有效提高测量机的动态测量精度。     

校验用标准双级电流互感器

校验电流互感器时,根据国家标准,需要一系列测量标准和校验仪器。其中主要的有538型和539型电流比较仪(其允许误差为±0.005%和±0.3′);532型非补偿式电流互感器(0.02级);512型、523型(0.05级)和56M型(0.1级)非补偿式电流互感器;P599型比较仪式校验仪(测差范围从±0.001到±0.01%,从±0.1′到±1′);K507型比较仪式校验仪(测差范围从±0.001到±0.1%,从±0.1′到±10′),等等。校验电流互感器所用的测量标准,应保证高准确度,能实现快速测量,测量误差与次级回路的电阻无关,并是可携式的。与电流比较仪相比较,比较仪式校验仪在很大程度上具有上述优点。电流比较仪测量速度不能太快,因     

永磁同步电机相电流测量误差分析与补偿

为减小电流测量误差,满足永磁同步电机高性能调速要求,对相电流测量误差进行了分析与补偿。首先,介绍了电流测量误差产生原理,分析了测量误差对闭环调速系统性能的影响。然后,提出了一种对d轴电流进行分段积分的补偿策略,通过对d轴电流积分得到误差项,将其补偿到测量电流中。仿真和实验结果表明偏移误差和增益误差分别会引起转矩、转速在1倍角频率和2倍角频率处振荡,补偿策略可以很好地减小测量误差,从而减小转矩和转速周期性振荡。     

单边非质心驱动平面电机运动控制研究

与由四组线圈单元驱动方式相比,三组线圈单元驱动的平面电机属于单边非质心驱动模型。为提高平面电机系统的伺服性能,需要准确的力解耦模型以及有效的控制算法。由于实际中存在建模误差,如永磁体线圈加工误差引起的推力误差、气隙厚度不均匀、外部不确定扰动等,使得基于名义模型的系统无法有效解耦。同时建模误差的存在使得闭环系统误差方程的等号右侧不为0,无法确保跟踪误差的收敛。因此,必须利用控制器对建模误差进行补偿。以三组线圈单元且x方向为单边非质心驱动的平面电机作为研究对象。为提高其轨迹跟踪与定位能力,提出一种非线性控制算法。在逆动力学控制算法的基础上增加鲁棒项,对建模误差进行有效补偿。采用李雅普诺夫(Lyapunov)理论证明了该算法的稳定性。实验结果表明,轨迹跟踪误差小于1.5 m,可见通过对建模误差的补偿,减小了多自由度间耦合作用对运动精度的影响,提高了平面电机伺服性能。     

Sagnac型光纤电流互感器变比温度误差分析与补偿

为提高互感器的测量准确度,基于光路系统的琼斯矩阵模型,推导出了互感器归一化变比的数学表达式,并对其中的温度敏感参数进行了分析,结果表明:圆双折射不产生变比误差,足够大的圆双折射可以抑制线性双折射随温度变化造成的变比误差;相位延迟和温度系数满足一定条件的1/4波片,可以减小Verdet常数随温度变化造成的变比误差.通过螺旋缠绕传感光纤引入圆双折射来抑制线性双折射的影响,并对互感器的变比按敏感头的温度进行分段线性差值补偿,减小了变比误差.实验结果表明:在-30 ～ 70℃范围内,补偿前后互感器的变比误差由0.84％减小到0.22％,验证了补偿方法的适用性和有效性.     

永磁直线同步电机的改进线性自抗扰控制

在永磁直线同步电机（PMLSM）的运动控制系统中,提出一种位置环的改进线性自抗扰控制（ILADRC）方法。相对于传统的线性自抗扰控制（LADRC）,ILADRC仅利用线性扩张状态观测器输出的位置估计信号,通过PD控制器计算初始控制量,避免了引入速度估计信号的滞后影响。对PMLSM运行过程中受到的总扰动通过线性扩张状态观测器进行实时估计,并在控制律中进行动态补偿。利用李雅普诺夫函数方法证明了闭环误差系统的渐近稳定性。通过系统辨识得到了PMLSM平台的传递函数模型,在MATLAB中进行了仿真分析,并搭建了基于dSPACE控制器的实验系统。实验结果表明,相比于PID和LADRC,ILADRC能够有效减小跟踪误差,降低超调,且具有更好的扰动抑制能力。