无轴承同步磁阻电机逆系统解耦控制仿真研究

研究无轴承同步磁阻电机稳定性控制问题,由于无轴承同步磁阻电机是一个强耦合的非线性系统,为实现负载条件下的稳定悬浮运行,需解除电机转矩和径向悬浮力等多变量之间的耦合关系。针对前馈补偿解耦的缺陷,给出了无轴承同步磁阻电机包含转矩控制和悬浮力控制的统一数学模型,证明电机逆系统存在,设计了一种通过非线性状态反馈的逆系统解耦控制方案,将复杂的无轴承同步磁阻电机系统解耦成两个转子径向位置二阶积分子系统和一个转速一阶积分子系统,并用PI和PID调节器分别对转子位置与转速进行综合设计。运用MATLAB软件对电机控制系统进行仿真。仿真结果证明,解耦控制方案的有效性,为电机系统优化设计提供了保证。     

轨道车辆牵引电机负载模拟系统建模及仿真

在轨道牵引系统研究中,真车试验有着成本高、周期长、实现困难等诸多缺点,而搭建轨道车辆牵引电机负载模拟平台就可弥补这些缺点。本文提出了搭建交流电机——直流电机负载模拟平台的方法,推导出了牵引电机轴上的等效负载转矩及等效负载惯量,并基于高速动车组CRH2搭建了负载模拟平台Matlab/Simulink仿真模型。     

基于龙伯格观测器的感应电机预设性能位置跟踪优化控制EI北大核心CSCD

考虑暂稳态约束、控制参数优化及参数摄动和负载扰动等对感应电机位置跟踪控制性能的影响,本文提出了一种基于龙伯格观测器的预设性能优化控制方法.首先,针对电机转子磁链在实际中不可测的问题,采用龙伯格观测器对其进行了快速准确的估计.其次,基于反步法完成感应电机位置预设性能控制器的设计,基于变增益指数趋近律完成感应电机磁链滑模控制器的设计,通过构造干扰观测器对电机系统中由参数摄动和负载扰动引起的不确定项进行观测,实现了对系统给定值准确的跟踪控制.再次,将遗传算法(GA)与改进的粒子群优化(IPSO)算法相结合,对所设计的控制器参数进行优化整定,进一步提高了系统的收敛速度和稳态精度.基于李雅普诺夫稳定性理论分析表:所设计的控制器能够保证位置跟踪误差一直处于预设边界内,且整个闭环系统是全局一致有界稳定的.最后,通过仿真和模拟实验对比分析验证了本文所提方法的有效性及在实际电机系统中应用的可行性.     

桥架起重机防晃控制非线性系统建模与研究

随着世界贸易的发展,桥架起重机发挥着越来越关键的作用;与此同时,桥架起重机防晃技术也日益受到关注。为分析桥架起重机系统的特性,为理论上验证与研究各种吊车控制方法的稳定性和效果提供参考,该模型在建立过程中考虑了电机对桥架起重机非线性系统的影响,对电机、小车和吊具与负载部分分别进行了分析、研究、建模与仿真,最终建立起桥架起重机防晃控制非线性系统完整的物理和数学模型,实现了对桥架起重机系统运动特性的完整描述。并用Matlab对电机、小车和吊具及负载部分,以及桥架起重机非线性系统的开环与闭环状态分别进行仿真,仿真结果验证了电机、小车、吊具及负载部分的特性,证明了模型的正确性,为研究桥架起重机防晃控制非线性系统提供了理论参考。     

基于RTX的力/触觉再现系统实时性实现方法研究

针对虚拟环境力/触觉再现系统中作用力计算的实时性要求,研究了Windows操作系统下循环控制的实现方法:时间查询法、多媒体定时器法和基于实时扩展RTX(real-time extension)的方法.利用Delta 6-DOF力/触觉手控器建立了一个基于PC的力/触觉再现原型系统,分别在系统空载、并存网络通信、并存音频播放和并存视频播放4种系统负载状态下对3种实现方法进行了实验.实验结果表明,基于RTX的方法能够获得较理想的实时循环控制性能,适用于力/触觉再现等需要较高实时性计算循环的应用系统.     

基于SVPWM的异步电机矢量控制系统的仿真

首先阐述了空间矢量脉宽调制技术应用于交流感应电机矢量控制系统的基本原理,在此基础上讨论了间接转子磁场定向电压注入型矢量控制系统的实现方案,基于MATLAB/SIMULINK构建了这种矢量控制系统的仿真模型并进行了深入的仿真研究.仿真结果表明了模型的正确性,并验证了该文所建立的调速系统可以实现感应电机产生转矩的电流分量和产生磁通的电流分量之间的解耦控制,使感应电机获得与他励直流电机一致的瞬态响应特性,实现了对负载扰动和参考值变化的快速响应.     

电液伺服试验机力控系统负载刚度自适应控制

负载刚度的变化会导致电液伺服力控系统的控制特性发生改变,从而降低系统的稳定性与控制精度.本文以电液伺服万能试验机为研究对象,首先建立了考虑负载刚度的力控系统数学模型,分析了负载刚度的变化对控制特性的影响;其次设计了模型参考自适应(MRAC)控制器,并根据试验机力控系统的设计目标提出了一种具有最小拍响应特性且满足严格正实要求的参考模型;然后利用Simulink对最小拍参考模型MRAC控制器及PID控制器进行了仿真,并在自制的实验平台上采用两种不同刚度的试样分别进行了等速力加载实验,仿真及实验结果表明所设计的控制器能有效的抑制试样刚度的差异所引起的控制特性的变化,使电液伺服力控系统的响应具有良好的一致性.     

五自由度无轴承异步电机[[alpha]]阶逆系统解耦控制

五自由度无轴承异步电机是一个多变量、非线性、强耦合的复杂控制对象，要实现电机转子稳定悬浮和运行，必须对电机转矩力和悬浮力进行动态解耦控制.本文应用多变量非线性[[alpha]]阶逆系统方法，对这个复杂控制系统进行动态解耦控制研究.首先介绍了三自由度磁轴承的工作原理和二自由度无轴承异步电机径向力产生机理，并给出三自由度磁轴承轴向力、径向悬浮力方程和二自由度无轴承异步电机转矩力和径向悬浮力方程，建立了电机的状态方程，然后分析了基于阶逆系统理论解耦控制的可行性，应用状态反馈线性化方法，将原复杂系统解耦并线性化，最后采用线性系统理论进行了综合和仿真.仿真结果表明这种控制策略能够实现五自由度无轴承异步电机转矩力与悬浮力之间的动态解耦，系统具有良好的动、静态性能.     

采煤机牵引系统双电机功率平衡控制策略

随着采煤机装机功率和开采能力的提升,牵引系统控制效果及动态性能已成为影响采煤机工作稳定性的重要因素.目前,采煤机电牵引系统双电机控制策略多采用传统的主从控制,其同步性能存在滞后问题,容易导致牵引电机偏载.此外,系统在控制算法方面多采用传统PI控制,对于容易发生参数摄动及负载变化频繁的牵引系统而言,传统PI控制的控制性能不佳.为提高采煤机牵引系统驱动性能并实现牵引电机功率平衡,根据采煤机牵引系统结构,本文提出了一种基于自抗扰控制的转速主从、转矩交叉耦合控制的双电机控制策略,并对控制策略进行了仿真分析和实验研究.结果表明,本文所提出控制策略实现了牵引系统功率平衡并提升了系统的控制性能.     

基于模糊PID的武装机器人运动控制研究

运动控制系统设计是武装机器人设计中的重要内容,控制驱动电机的转速是进行运动控制的常用方法,所研究的武装机器人就是运用控制电机转速这种方法来实现运动控制的。在电机的运动控制过程中容易出现超调、振荡、丢步和两电机不同步的问题,运用先进的控制算法实现电机转速精确控制是运动控制的一种有效途径,设计了一种利用模糊自适应整定PID原理实现对步进电机速度控制的运动控制系统,然后在两驱动电机控制系统中间设计了速度同步补偿器,来保证武装机器人的直线运动性能。通过仿真和试验证实,该运动控制系统具有良好的响应速度、稳定性和控制精度,在两电机负载和干扰输入信号有所差异的情况仍然能够实现电机的同步控制,能够满足武装机器人运动控制的设计要求。     

卫星天线展开臂的随动吊挂重力补偿系统设计

为了给卫星天线展开臂的展开特性测试提供真实的零重力地面仿真环境,设计了卫星天线随动吊挂重力补偿系统.首先设计了与卫星天线展开臂结构相同的3轴随动吊挂机械臂,对卫星天线展开臂进行位置跟随,并通过有限元方法分析其受载时的位置精度;然后根据导纳控制方法设计出随动机械臂的力跟随控制器,采用基于位置内环的PD （比例-微分）力控制策略设计出拉力系统对吊索拉力的控制算法;最后通过实验考核了随动吊挂机械臂各关节对在轨运行模式下的天线展开臂相应关节的位置跟随性能和重力平衡补偿.实验结果表明各轴位置跟随误差均不超过±0.03°,稳定运行时吊索张力控制偏差均小于1.2% F.S.（全量程）,在天线展开机械臂的展开过程中实现了较高精度的位置跟随和重力补偿,满足天线展开测试要求.     

Forcefree control with independent compensation for industrial articulated robot arms

Forcefree control of robot manipulators so far has been the passive motion of the arm due to the influence of external force under ideal conditions of zero gravity and zero friction, whereas this paper demonstrates forcefree control under assigned friction, gravity and inertia. The effectiveness of the proposed forcefree control with independent compensation is confirmed by comparing the experimental results with simulation results. Comparisons of the forcefree control with independent compensation to the other force control methods are also presented.     

DSP控制开关磁阻电动机电力控制技术研究

通过对开关磁阻电动机的特点总结,结合了DSP微处理器控制,设计出DSP控制的开关磁阻电动机控制系统,并对该套系统在电动汽车驱动控制系统中的实际应用进行分析。     

电机驱动机械人手臂的鲁棒自适应控制

针对电机驱动机械手的工作环境复杂负栽变动大难控制的问题,提出一种机械手的鲁棒自适应控制方法.通过代数运算将机器人手臂模型变换为线性误差系统加未知干扰的形式.设计误差系统的积分滤波器,通过合理地选择滤波器参数,可使滤波器输出渐近收敛到零.同时由滤波器可得到理想电流和干扰的更新估计.以理想电流为目标设计电机的控制律.基于Lyapunov稳定理论分析了该方法的稳定性,给出了稳定性充分条件.实例仿真结果表明该方法有效.     

用瑞利-里兹法求解失重液滴的自由晃动

失重作用可能在空间中构造理想的球形液滴,它在空间流体科学、空间材料合成等中均有应用.在轨操纵中共振可能引起液滴的变形而影响实验质量,了解液滴晃动特性对空间实验的设计和避免与支撑结构的共振都有帮助.用瑞利-里兹法研究了失重液滴的自由晃动问题,给出了液滴自由晃动的频率和模态函数.可利用表面上的动力学条件研究自由液滴的晃动特性,但由于耦合系统复杂,往往用能量法加以研究.该方法作为一种能量法,可为进一步研究失重环境中的液滴和支撑结构的耦合振动问题提供可行的途径.     

A New Neuro-FDS Definition for Indirect Adaptive Control of Unknown Nonlinear Systems Using a Method of Parameter Hopping

The indirect adaptive regulation of unknown nonlinear dynamical systems is considered in this paper. The method is based on a new neuro-fuzzy dynamical system (neuro-FDS) definition, which uses the concept of adaptive fuzzy systems (AFSs) operating in conjunction with high-order neural network functions (FHONNFs). Since the plant is considered unknown, we first propose its approximation by a special form of an FDS and then the fuzzy rules are approximated by appropriate HONNFs. Thus, the identification scheme leads up to a recurrent high-order neural network (RHONN), which however takes into account the fuzzy output partitions of the initial FDS. The proposed scheme does not require a priori experts' information on the number and type of input variable membership functions making it less vulnerable to initial design assumptions. Once the system is identified around an operation point, it is regulated to zero adaptively. Weight updating laws for the involved HONNFs are provided, which guarantee that both the identification error and the system states reach zero exponentially fast, while keeping all signals in the closed loop bounded. The existence of the control signal is always assured by introducing a novel method of parameter hopping, which is incorporated in the weight updating law. Simulations illustrate the potency of the method and comparisons with conventional approaches on benchmarking systems are given. Also, the applicability of the method is tested on a direct current (dc) motor system where it is shown that by following the proposed procedure one can obtain asymptotic regulation.     

面向前交叉韧带重建术后评估的测力机器人

针对膝关节前交叉韧带（ACL）重建手术后缺乏及时有效的效果评估、手术缺乏安全性等问题,研制了 一种基于零重力的膝关节ACL 测力机器人,测定其重建前后的张紧力．首先,对ACL 的手术环境进行了分析,提 出了对手术机器人结构和控制的要求．然后,建立了ACL 侧向受力的数学模型．接着,详细介绍了膝关节ACL 测 力机器人的机械结构设计和控制系统设计．最后,对该机器人进行顶杆位移和力的测试精度实验,并进行了羊骨的 测试和术后评估实验,证明该机器人可以用于ACL 重建手术的评估,ACL 侧向受力数学模型是正确的．     

飞机训练仿真器仪表控制系统设计与实现

本文给出了基于单片机与步进电机等中构成的飞机训练仿真器仪表控制系统，它成功解决了以往该类控制系统存在的一些问题，具有低带无跳动、高速无抖动、高速噪音小、积累误差小等特点、并且能够完成仪表自检，指针归零，准确指示等功能。     

A modified direct torque control with fault tolerance

The use of inverters in induction motor control has reduced classical motor faults, such as broken rotor bars or windings short-circuit, besides improving control performance. The control becomes faster and more precise, reducing peaks in current and torque, so that the motor can have a softer operation. On the other hand, new elements are included in the system and it will be necessary to take into account their faults. These elements are sensors and power electronic devices that since a control point of view are the system sensors and actuators. Fault tolerance tries to maintain the system under control in case a fault appears in the system. If this is not possible, it takes the system to a safe operational point. In this paper a fault-tolerant control for induction motors is designed. Based on a direct torque control, new control strategies have been added in case current sensor and power switch faults are detected. The challenge is to overcome these faults without any physical redundancy of sensors or power switches as other authors propose. With the proposed control, it will be possible to guarantee the motor operation in the whole speed-torque range with one or none current sensors instead of the two usually used, though the performance will be slightly worsened. In case of inverter faults, the operation range will be restricted but the performance with respect to the fault situation is improved.     

基于模糊PID的悬吊式机械臂重力补偿控制系统设计

针对悬吊式机械臂在工作过程中受起吊荷载的影响而产生的重心不稳现象,在模糊PID控制算法的支持下,进行悬吊式机械臂重力补偿控制系统设计研究。硬件方面,改装主控制器、传感器和通信模块,加设重力补偿装置及驱动电机设备。在此基础上完成软件设计,根据机械臂的组成结构以及工作原理,构建悬吊式机械臂数学模型。在该模型下,检测悬吊式机械臂实时位姿,针对不同位姿建立相应的重力平衡方程。计算机械臂负载力矩,利用模糊PID算法求解机械臂重力补偿控制量,实现悬吊式机械臂重力补偿控制功能。实验结果表明：与传统重力补偿控制系统相比,优化设计系统的控制误差降低了0.056kN,机械臂的稳定系数提升了0.14,即优化设计系统可提高补偿控制效果,具有一定应用价值。