红外目标模拟器中分离镜的滑模变结构控制

针对红外目标模拟器中分离镜伺服系统的抗干扰控制问题,本文利用变结构控制响应快速,对系统参数变化和外部扰动不灵敏的特点设计了一个滑模变结构控制器.采用指数趋近律与饱和函数相结合的方法对滑模控制器的抖振进行了有效抑制.采用机理分析方法建立了分离镜系统的数学模型.在仿真过程中,利用S函数描述摩擦模型,简化了仿真建模,提高了仿真速度.通过数字仿真并与传统PID控制方法相比较,证明滑模控制器对于分离镜伺服系统的参数摄动和外部干扰具有良好的鲁棒性,可以保证和提高整个红外制导仿真实验系统的仿真精度和实验结果的置信度.     

导引头伺服系统的输出多采样率变结构控制

针对弹体耦合干扰力矩,摩擦力矩及参数扰动对导引头伺服系统跟踪性能的影响,基于输出多采样和区域极点配置技术,研究了导引头伺服系统的输出多采样率变结构控制,给出了确定控制器参数的方法.所设计的控制器能保证闭环系统是有界稳定的,且无需利用系统的状态作为反馈而仅利用输出采样来设计控制器,因而无须伺服机构中安装测速单元,有效节省了机构的体积和重量,有较强的实用性且易于实现.仿真结果表明,所设计的控制器对弹体耦合干扰力矩及系统参数扰动有较强的鲁棒性,且具有较高的跟踪精度,因而在导引头伺服系统这类对体积和质量有严格限制的伺服系统中具有较好的应用前景.     

光电平台伺服系统自抗扰滑模控制

提出一种基于参考模型的自抗扰滑模控制器,它包括一个自抗扰控制器和一个全局滑模控制器.根据参考模型,利用跟踪微分器设计自抗扰控制器,控制参考模型的输出精确跟踪指令输入信号.全局滑模控制器控制伺服系统被控对象的输出高精度跟踪参考模型的输出.光电平台伺服系统的实验结果证明该新型控制器能有效补偿系统的参数不确定性和非线性扰动,提高了伺服系统的跟踪精度.系统具有全局鲁棒性.     

不确定电液位置伺服系统的动态面跟踪控制

针对一类含有动态不确定性的双作用液压缸电液伺服系统跟踪控制问题,采用动态面控制方法设计了一个鲁棒自适应跟踪控制器.由于在逆推设计过程中加入了低通滤波器使得该方法不用对模型非线性进行多次微分,因而设计方法简化.所设计的自适应鲁棒控制器不仅能保证闭环系统的半全局渐近稳定,使得输出渐近跟踪期望轨迹;而且,跟踪误差可以通过控制器的设计参数加以调整.数字仿真结果表明,控制系统对给定位置的跟踪具有良好的动态特性,对系统的不确定性,具有较强的鲁棒性.     

电液伺服系统内模控制

针对电液位置伺服系统,提出了一种内模控制器设计方法.内模控制作为一种先进控制策略,其设计思路是将对象模型与实际对象相并联,控制器逼近模型的动态逆.考虑到内模控制对系统模型精度要求不高的特点,本文降阶简化了电液伺服系统的模型.基于此模型所设计的控制器,只有一个可调参数,且该参数直接与系统的动态特性和鲁棒性相关,整定方便,避免了控制器整定的随机性与复杂性.仿真研究和实验结果表明,内模控制可以有效地克服参数变化对系统性能的影响,使系统同时具有良好的目标值跟随特性和鲁棒性,实现了调炮误差小于±0.36mrad的高精度要求.     

基于奇异摄动理论的电液伺服系统Backstepping滑模自适应控制

针对电液伺服位置跟踪系统中存在的非线性特性、系统参数和外部负载的非匹配不确定性,提出了基于奇异摄动理论的电液伺服系统的Backstepping滑模自适应控制。利用奇异摄动中双时间刻度理论将原系统分解为快慢变子系统,分别设计快变和慢变子系统的控制律,再合成得到复合控制器。应用Backstepping的逆向递推方法有效地解决了高阶非线性系统的控制问题,用滑模方法抑制系统的外部扰动,对系统的不确定性参数进行自适应估计。数字仿真的结果验证了所设计控制器的正确性和有效性。     

含有Stribeck摩擦的高精度伺服系统相关分析辨识

伺服控制系统数学模型的准确性直接影响到控制器的分析与设计.非线性摩擦力对高精度伺服控制系统存在不利影响,采用面向控制的系统辨识是认识和分析系统的重要途径.相关分析法具有很强地噪声抑制能力和直接辨识离散差分模型的优点,依然应用广泛.本文分析了Stribeck摩擦在低速运行条件下对伺服系统的影响,采用经过补偿的激励信号进行相关分析辨识,分析和推导此激励信号参数,给出具体操作步骤.实验结果表明,含有非线性摩擦的条件下,该方法能够改善伺服系统辨识准确性.     

电液伺服系统的逆向递推鲁棒自适应控制

针对电液伺服系统存在的非线性特性、参数不确定性,且不确定性不满足匹配条件,引入虚拟控制量的概念,提出了一种逆向递推鲁棒自适应控制方法。该方法把整个系统分成了一个二阶和一个一阶两个子系统,对其进行递推式的分步自适应控制,从而简化了控制器的设计,使计算量大为减少;利用参数自适应和鲁棒控制相结合的方法,使控制器具有较强的抗干扰性。仿真结果显示,该控制方法具有较强的鲁棒性及良好的跟踪性能,与采用 PID 的控制方法相比,系统具有更好的控制性能及更强的抗干扰性。     

数字前馈跟踪控制器的频域迭代设计方法

 数字前馈控制器用于提高伺服系统跟踪性能,在工程应用中通常包含如下设计环节：闭环对象参数辨识、闭环离散化和设计前馈控制器,上述各环节都会引入设计误差,最终导致所设计的前馈控制器跟踪性能变差.针对上述问题,利用闭环对象的实测频率特性数据,提出一种新型的频域迭代设计方法,能有效消除各环节误差.通过对设计过程的频率特性差值的变化分析,给出了迭代算法的步骤.该方法将反馈控制思想引入前馈控制器设计过程,根据频率特性差值,不断修正对象频率特性数据,通过设计过程的迭代,使跟踪误差显著减小.以某飞行转台伺服系统为例,进行数值仿真和应用研究,结果表明了该方法的有效性,能显著拓宽伺服系统的跟踪频带,减小对低频信号的跟踪误差．     

机载光电跟踪平台伺服系统自抗扰控制

摩擦非线性造成机载光电跟踪平台伺服系统低速不平稳性,增加了系统的稳态误差.常规PID控制难以满足光电跟踪平台高精度伺服系统的性能要求.采用一种新的二阶离散系统最速控制函数设计自抗扰控制器,将它作为机载光电跟踪平台伺服系统的位置环控制器.实验结果表明,当系统跟踪幅值为0.5°、频率为0.159 Hz的正弦输入信号时,在0...     

Repetitive controller design for minimum track misregistration in hard disk drives

Repetitive control is a widely used technique for the compensation of repeatable error in systems that contain rotating mechanisms or repeat a trajectory. Generally, it includes delay chains and a low-pass filter in the positive feedback loop, which generate a periodic signal. The controller has typically been implemented in a plug-in fashion and designed heuristically with the simplest form of the filter. However, this design approach is somewhat ambiguous in the selection of controller parameters because of its influence over nonharmonic frequencies. Also, it leaves the possibility for further improvement. This paper presents an improved design method for the repetitive controller that provides minimum track misregistration (TMR) in a hard disk drive (HDD). For TMR prediction, the method identifies disturbances acting on an HDD and estimates servo performance, using the identification result. We have confirmed the identification and estimation procedure through experiments. In our method, first the basic tracking controller is designed and later the repetitive controller is designed in conjunction with a Q filter. A cost function based on Parseval's theorem, reflecting the servo performance as TMR, is defined. Then the servo performance is estimated from the identified disturbance, and the plant and designed controller's frequency response are modified as necessary by changing the parameters of the controller, whose optimization is carried out with a commercial nonlinear optimization tool. The design strategy facilitates the controller design by providing an accurate estimation for the attainable servo performance and design criteria under the optimization framework.     

基于状态空间模型的机床加工精度分析

伺服进给系统的机电耦合特性直接影响数控机床的加工精度，单独针对伺服系统或机械系统建立的模型不足以准确分析系统参数对机床整机加工精度的影响。因此，综合考虑机床伺服系统与机械结构之间的耦合关系，建立伺服进给系统机电耦合动力学模型具有重要意义。首先，为保证伺服进给系统建模精度，利用状态空间法建立了机床机电耦合状态空间方程。其次，建立了伺服进给系统机电耦合Simulink模型，在此基础上采用复合控制提高系统的响应速度和加工精度。随后，利用多体动力学软件建立机床进给系统的刚柔耦合动力学模型，添加摩擦、阻尼等非线性因素，并导入Simulink与伺服系统建立耦合关系。最终，建立了卧式加工中心伺服进给系统的刚柔-机电耦合仿真加工平台，通过模拟机床加工轨迹以验证机电耦合状态空间模型的可靠性。结果表明：该状态空间模型能准确描述系统内部参数和系统输入输出的耦合关系；采用复合控制结构能有效提高系统的响应速度和加工精度。研究结果为数控机床的仿真建模和提高加工精度提供理论依据，为机床机电系统的设计提供有效指导。     

基于闭环特性的音圈电机驱动快速反射镜控制

建立了音圈电机驱动快速反射镜的控制回路模型,并利用该模型对实际对象的参数进行了辨识。设计调节器时从闭环特性入手,采用了基于理想闭环特性(最佳二阶特性)的逆向设计方法。该方法只需调整两个物理意义明确的控制参数阻尼系数和自然频率,可以得到较好的实际效果,从而提高了调节器设计的简洁性与实用性。经试验与仿真验证,该方法效果明显,扰动抑制带宽能达到采样频率的1/6左右,闭环带宽达到采样频率的1/5。     

激光切割高精度Z轴调高随动控制系统设计

目的 设计一种基于STM32主控制器芯片与FPGA从控制器芯片的激光切割高精度Z轴调高随动控制系统。方法 介绍该控制系统的工作原理、硬件设计、软件设计以及微电容测量电路的仿真实验。同时,针对系统随动过程中存在干扰的现象,提出基于滑动平均值滤波算法的改进滤波算法。结果 经过上机切割测试验证,该随动控制系统动态跟随精度为0.01 mm,最大跟随速度为500 mm/s。结论 该随动控制系统能够使激光切割机床实现高速高精度的切割。     

电液伺服系统的微分与积分滑模变结构控制

针对电液系统的非线性特性及其参数不确定性,在电液伺服系统的速度跟踪控制中,提出了一种非线性微分与积分滑模变结构控制(DI-SVSC)策略。在滑模控制中引入积分控制项,消除了传统滑模变结构控制需要被跟踪信号导数已知的假设,利用一非线性微分控制消除了系统的抖振现象。在积分滑模控制与非线性微分控制中,分别给出了切换函数、非线性微分系数及控制器的设计方法。仿真结果显示,该控制方法具有较强的鲁棒性及良好的跟踪性能。     

Virtual simulation of five-axis machine tool with consideration of CNC interpolation,servo dynamics,friction, and geometric errors

Abstract

A virtual machine tool (VMT) simulation system which considers tool center point (TCP) interpolation, geometric errors, servo dynamics, and friction effects for a five-axis machine tool is developed in this paper. A novel five-axis interpolation method is proposed to ensure that maximum velocity constraints for each axis can be satisfied. The geometric error model, including lead screw, straightness, angular and squareness errors is built to analyze the volumetric errors within the working space. The model which includes rigid body motion, friction model and servo control loops is utilized to evaluate servo dynamics and non-linear effects. The errors caused by the locations, servo dynamics, and friction effects are integrated into the VMT simulation program. Simulation results of TCP trajectory are represented by small line segments to generate NC codes. Then the NC codes are fed into VERICUT software to perform virtual cutting. To evaluate the interpolation design, cutting experiments are carried out on the five-axis engraving machine with a PC-based controller. The performances using the proposed interpolation method are comparable with the commercial CNC controller from Heidenhain. The effects of different error sources on the surface are demonstrated by cutting the sculpture of a human face. Path overcut caused by servo dynamics is found at sharp corners, and volumetric errors cause obvious tool marks and poor surface roughness. The proposed methodology can serve as a useful tool in evaluating the behaviors of error sources during the design stage.     

基于采样控制系统直接设计理论的QFT设计方法及应用研究

从频域设计角度出发，应用离散信号分析方法，提出了仿真转台周期时变系统-采样控制系统QFT设计参数的选取方法，并应用采样控制系统直接设计方法，在不丢失采样时刻之间系统信息的条件下，通过对系统进行提升化处理，求解等效离散系统，使仿真转台伺服控制系统的QFT设计问题转化为采样控制系统混合灵敏度设计问题，为仿真转台数字控制器的设计提供了一种新方法。在此基础上同时给出了某电仿真转台控制系统QFT设计实例。