高精度转台摩擦力矩补偿控制器设计与仿真

针对高精度转台在低速运行时,由于摩擦力矩的作用,跟踪精度会受到很大的影响的实际情况,本文提出将Stribeck摩擦力矩模型应用于高精度转台系统,并设计控制器,可以在线的对摩擦力矩进行辨识和补偿.该方法根据摩擦力矩模型的特点,采用前馈+积分反馈设计控制器.并采用Lyaponov函数和拉萨尔一般不变性原理分析了系统的稳定性,证明在一定的条件下,可以实现渐进稳定跟踪.实验结果表明,控制器对非线性摩擦力矩具有补偿作用.     

一种提高舰载大负载光电平台稳定精度的方法

大负载对舰载光电平台主要有两个方面的影响:一是谐振频率降低,系统频带变窄;二是扰动力矩增大.要保证稳定精度,需要提高系统的力矩刚度,同时对扰动进行补偿.本文提出在以测速机构成的速度闭环中加入电流环,同时用陀螺进行角速度前馈,用扰动观测器对扰动力矩进行补偿的方法.理论和仿真结果表明:电流环能够提高系统的力矩刚度,陀螺前馈...     

高精度转台速度稳定性研究

针对摩擦力矩对高精度转台速度稳定性能的影响,考虑到转台系统的实际工作情况,本文提出了一种基于变结构的双闭环控制方法.该方法根据变结构控制的不变性特点,采用指数趋近律规则,构造了基于变结构的双闭环控制方式.通过比对传统双闭环控制和基于变结构的双闭环控制在转台系统低速转动时的仿真分析及实验结果,表明本文提出的基于变结构的双...     

自抗扰控制在捷联寻北仪速度稳定回路中应用

在捷联寻北仪工作过程中,摩擦非线性造成转台伺服系统低速不平稳性,导致陀螺输出漂移变大,影响寻北精度.为了提高伺服转台速度平稳性,设计了自抗扰控制器,实现转台的稳速控制,保证转台快速、平稳定位,以便减少陀螺漂移.仿真结果表明,与采用PID控制相比,速度稳定回路获得较好的动态性能,快速性、平稳性和抗干扰能力都得到提高;实验结果表明,动力调谐陀螺输出更加平稳,减小了陀螺输出的随机漂移,寻北误差从34.4″减小到27.7″,有效地提高了系统的寻北精度.     

转台控制器中滞——滑极限环的分析与补偿

本文通过对由于库仑摩擦引起的滞一滑现象对转台控制器的影响，深入分析了滞滑极限环产生的原因以及对高精度转台控制器的影响，在考虑转台摩擦的情况下，针对在Karnopp摩擦模型补偿下的PID控制规律使用进行非线性反馈力矩补偿，仿真结果显示效果良好。     

机载光电陀螺稳定平台的伪微分反馈控制

为了克服外部干扰对机载光电陀螺稳定平台的影响,实现高稳定精度和隔离度,采用基于伪微分反馈的控制技术对系统的控制性能进行了研究.首先,介绍了伪微分反馈控制技术的基本结构,并对其进行了简化.从理论上分析了简化的伪微分反馈控制技术在控制结构和控制性能上较经典PI控制的优势;然后,提出采用试凑法对伪微分反馈控制器进行参数整定的整定策略;最后,以某型号机载光电陀螺稳定平台为研究对象,对伪微分反馈控制器和PI控制器在抗力矩扰动、隔离载机角速率扰动和控制对象模型摄动等方面进行了仿真对比实验.实验结果表明,在相同的闭环带宽情况下,采用简化的伪微分反馈控制器的机载光电陀螺稳定平台的阶跃响应具有更小的超调,更短的上升和调节时间.在陀螺噪声存在的情况下,该控制器能够有效地抑制力矩和载机的姿态扰动对系统性能的影响;并且对被控对象的模型摄动具有较强的鲁棒性.     

惯性稳定平台不平衡扰动建模与仿真分析

理想情况下,惯性稳定平台的质心会位于其旋转轴上,但是由于加工技术等条件的限制,惯性稳定平台的质心会偏离旋转轴,并且在基座角运动和摩擦等扰动作用下,惯性稳定平台会产生偏转角,偏转角的变化会引起水平和垂直方向上的不平衡力臂变化,形成不平衡扰动。为了分析不平衡扰动对平台性能的影响,在对惯性稳定平台的动力学模型进行简化的基础上,提出通过分析平台偏转角和不平衡力臂的变化规律建立不平衡扰动模型的思想方法,以所建模型为基础,对不平衡扰动的影响进行了定量分析。仿真结果表明,不平衡扰动会使平台的角度输出稳态值超过其稳定精度要求,严重影响惯性稳定平台的稳定性能。     

惯性平台稳定回路多闭环串级控制

针对惯性平台稳定回路中采用速率陀螺构成单速度环伺服控制系统的不足,本文提出采用直流测速机为电机转速测量反馈元件构成数字速度内环,采用陀螺为载体转速测量元件构成数字稳定外环组成双速度闭环串级控制结构.在常规的跟踪系统PI控制方式中,实现了由电流环,速度环,稳定环构成的三闭环控制模式,并和电流环,单速度稳定环构成的双闭环控制方式进行比较.实验结果表明:在扰动频率较高环境下,采用单速度环即可获得较好的稳定精度.而采用双速度环提高了系统对低频的抑制能力,并且对摩擦等非线性因素有更好的抑制作用.     

随机噪声对伺服系统跟踪精度的影响

文中以经典的三闭环伺服系统为研究对象,较为详细的论述了测流噪声、测速噪声、测位噪声以及力矩扰动噪声对跟踪精度的影响;推导了四种随机噪声与跟踪精度之间的传递函数;通过对传递函数的变换,得出了系统带宽及校正环节与随机噪声关系,为传感器选择、测量数据处理和校正环节的参数整定提供了参考;给出了随机噪声服从高斯分布情况下的仿真实验,针对随机噪声与跟踪精度的幅频特性,提出了一种分段线性化计算平均衰减倍数的方法.通过这种方法计算了四种随机噪声对跟踪精度的量化影响,并与仿真结果进行了比较,结果表明,这种分段线性化方法是正确可行的.最后,给出了四种噪声同时作用于伺服系统时的计算结果和仿真实验结果,得出了同样的结论.     

基于无磁转台的微小型稳定平台性能指标测试方法

传统的棱镜光学测量方法大多针对大型转台和云台,微小型稳定平台体积小无法安装光学棱镜,且光学测量成本高,为解决传统测量方法无法应用于微小型稳定平台测试中的问题,提出采用无磁转台测量方法。该文利用0.05°高精度无磁转台提供不同倾角姿态参考,采集惯组姿态数据和稳定平台控制码盘数据,分析得到稳定平台角度测量精度、角度指向精度和角度稳定精度。为验证该方法的可行性,搭建微小型稳定平台样机和上位机数据采存软件。测得自制稳定平台姿态测量误差0.6°,角度指向误差0.73°,角度稳定误差0.1°。该测量方法对微小型稳定平台的性能指标测量方面具有广泛的应用前景。     

大行程超精密二维运动平台定位系统的研制

为了解决光学二维线纹标准器的量值溯源和校准以及掩膜板的高精度测量,设计了高精度激光二坐标标准装置.在装置中研制了一套超精密二维运动定位平台,该平台利用双频激光干涉仪测长作为位置反馈,直流力矩电机回转轴作为摩擦轮,通过滑动摩擦力驱动滑动光杆前后移动X-Y气浮平台,该运动定位系统具有运动平稳、重复定位精度高、测量行程大于300 mm以及最小步距分辨力为10 nm的特点,可以满足高精度激光二坐标标准装置要求的大行程、微进给和纳米级定位精度的要求.     

Study of the effect of static/dynamic Coulomb friction variation at the tape-head interface of a spacecraft tape recorder by non-linear time response simulation

NASA's Voyager 1977 mission to Jupiter-Saturn utilizes a magnetic digital tape recorder (DTR) on each of the two flyby spacecrafts. It has been experimentally determined that about 97% of the total output torque of the drive motor of the Voyager DTR's is required to overcome the static/dynamic Coulomb friction at the tape-head interface while the remaining 3% of the torque is utilized to overcome other bearing and aerodynamic frictions. Needless to say, the accuracy of the analytical simulation of the DTR servo depends to a very great extent on the fidelity with which the analytical model of the highly non-linear and piece-wise continuous static-dynamic Coulomb friction represents real life. In order to demonstrate the power and flexibility of graphic interactive simulation in time domain, three aspects of a realistic Coulomb friction model (viz., the static component, the dynamic component and the general shape) were interactively adjusted with a view to determining the sensitivity of the system behavior to such perturbations. A number of stable system configurations were arrived at, which had significantly different static/dynamlc components of Coulomb friction than current (nominal) design values.     

A Measuring Technique of Dynamic Torque on Continuous-drive Friction Welding

ＡＭｅａｓｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆＤｙｎａｍｉｃＴｏｒｑｕｅｏｎＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｄｒｉｖｅＦｒｉｃｔｉｏｎＷｅｌｄｉｎｇＬｉｕＪｉｎｈｅＣｈｅｎＪｉｎｇＬｕｏＪｉａｎＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ...     

大惯量专用转台高精度控制研究

针对大惯量专用转台运行过程中存在的系统响应时间长、易产生振荡以及末端位置定位误差较大的问题，提出了一种基于全闭环+模糊自适应PID （proportion integral differential，比例积分微分）的精度控制方法。在大惯量专用转台执行机构处加入多圈绝对式编码器，以实现控制系统的全闭环；利用模糊自适应PID控制实现不同负载下高精度控制系统的快速调节。为更加深入研究大惯量对专用转台控制系统的影响，对转台进行了系统建模；同时在MATLAB仿真环境中分别建立了基于模糊自适应PID控制和普通PID控制的转台控制系统仿真模型，并搭建了转台测试平台进行验证实验。对比不同控制方式下系统控制性能的仿真结果可知：普通PID控制系统响应时间长，系统跟随误差大；而使用模糊自适应PID控制可使系统的响应速度提高75%，跟随误差降低降低70%。由实验结果可知专用转台定位精度为[-0.2°,0.2°]，满足了设计精度要求。仿真和实验结果表明利用模糊自适应PID控制可有效提高系统的响应速度，全闭环控制可使系统的定位精度得到有效提高。研究结果为转台控制系统的设计提供了有效的参考数据，促进了大惯量转台的高精度化发展。     

微型轴承的摩擦力矩及其测量

轴承的摩擦力矩影响到能量损耗、温度、噪声、振动的变化、仪表动作的准确性等。本文介绍了影响轴承摩擦力矩的因素以及一些常用的摩擦力矩测量方法和测量仪器。     

考虑驱动和负载状态的三自由度超声电机接触模型研究

建立了一种考虑不同运转情况的对于三定子多自由度超声电机的接触模型。介绍了三自由度超声电机的基本原理和结构并计算得出了其驱动转矩,引入Hertz接触理论和Mindlin理论对摩擦情况进行分析,考虑了摩擦因数的动态非线性和摩擦力分布的非线性变化,提出了一种新型的接触模型,改进了传统的线性摩擦模型;通过转矩关系和摩擦模型对电机不同运动情况下摩擦力分布进行分析,并用Matlab绘制相应的摩擦力分布图。分析结果验证了三自由度超声电机合理性,说明了三相压电定子接触状态根据驱动情况和负载而定,为进一步的优化设计和性能改进奠定了基础。     

旋转弹转速测量系统设计

针对常规旋转弹转速测量中传统的微机电系统(MEMS)陀螺仪在量程和精度上不能同时满足测试要求的问题,提出了一种新的转速测量方法,通过增加一个无刷直流伺服电机控制的稳定平台来隔离弹体的高速旋转;介绍了系统测量原理与结构组成,并完成了系统的软硬件设计;通过高精度飞行仿真转台对弹体转速测量系统进行了有效性验证,试验结果表明,该测量系统可以准确地测量弹体的转速,其误差在1°/s左右,实现了通过高精度小量程陀螺仪测量高转速的目的。     

室内GPS发射器角度校准装置的设计与分析

室内GPS利用测量的水平角和垂直角来定位,其测角误差直接影响到系统的综合测量误差,结合室内GPS的测角误差,提出了室内GPS角度校准装置的技术要求,并分别对俯仰角校准和水平角校准所需准确度进行估计,最终利用新型同轴调整装置结合精密转台和竖轴激光导轨研制了一套室内GPS发射器角度校准装置,试验数据表明该装置的俯仰角测量误差小于0．9″,水平角测量误差小于1．6″,解决了室内GPS发射器水平角和俯仰角的校准问题。