基于神经网络的电液位置伺服系统自适应滑模控制

针对电液位置伺服系统(阀控对称缸)模型复杂、参数时变、摩擦影响显著等特点,提出了基于RBF神经网络和基于Lu Gre模型的自适应滑模控制算法。该算法的优点是:(1)利用RBF神经网络逼近控制电流与系统输出压力的关系,将电液位置伺服系统的数学模型简化为二阶,减少了模型参数;(2)采用Lu Gre模型能够准确地描述摩擦过程中复杂的动、静态特性,通过该模型设计摩擦补偿,提高了控制精度;(3)设计自适应滑模控制器,增强了系统的鲁棒性。利用构建的李雅普诺夫函数,证明了闭环系统的稳定性。仿真实验表明:所提算法控制精度较高、响应速度较快、鲁棒性较强。     

飞机舵机电动负载模拟器非线性干扰补偿控制

针对飞机舵机电动负载模拟器存在多余力矩、摩擦及外部扰动等非线性干扰问题,重建飞机舵机电动负载模拟器数学模型,提出一种基于非线性干扰观测器的新趋近律滑模补偿控制。一方面,建立基于LuGre模型的摩擦观测器,通过反演法设计滑模控制器以补偿摩擦干扰、抑制多余力矩,同时设计新趋近律以减轻滑模抖振、缩短收敛时间;另一方面,设计非线性干扰观测器对外部扰动进行实时观测,以达到控制补偿目的。仿真实验发现,在20 Hz条件下,系统力矩输出幅值差为0.2%,相位差为0.04%,表明所设计控制器能够抑制多余力矩、减轻摩擦及外部扰动影响,有效提高系统跟踪精度。     

直流电机无抖动滑模位置控制

针对直流电机伺服系统中普遍存在的参数不确定性以及不确定性非线性等各种扰动,提出了一种基于扰动补偿的无抖动终端滑模位置控制策略,实现了直流电机伺服系统的高精度位置跟踪控制。系统模型考虑了非线性摩擦特性以及外干扰等建模不确定性。所提出的全状态控制器对连续非线性摩擦进行了前馈补偿,进一步改善了系统的低速伺服性能;通过扩张状态观测器对未建模干扰等不确定性进行估计并前馈补偿,提高了系统对外干扰的鲁棒性。同时,所设计的控制器还能保证系统状态在有限时间内趋于平衡状态,提高了系统的快速跟踪性能。最终,通过对比的仿真结果对其进一步工程应用具有实际指导意义。     

转台伺服系统扰动估计与补偿控制

针对转台伺服系统负载转矩和系统参数变化大的特点,建立了伺服系统状态方程,设计了基于非线性PID控制器和非线性扩张状态观测器的系统模型。基于观测器估计系统输出角度、角速度及系统未知扰动,并用估计的系统未建模动态和未知外扰对系统进行补偿。仿真结果表明:基于该方法的补偿控制能提高转台伺服系统跟踪精度,在负载转矩变化大和较强外界干扰条件下系统具有良好的控制效果。     

基于LuGre模型的大型模锻装备低速摩擦补偿分析

由于非线性摩擦力的存在,大型模锻装备在低速运行时易出现速度不稳定、抖动、甚至爬行,致使其加工性能变差。通过对大型模锻装备低速部分进行建模并仿真分析,表明非线性摩擦力是影响大型模锻装备低速稳定性的主要因素。分别采用传统PID控制和基于Lu Gre摩擦模型建立的摩擦观测器加PID控制进行摩擦补偿,并在Matlab Simulink中进行仿真,仿真结果表明,大型模锻装备低速系统采用PID调节加摩擦补偿比单纯采用PID控制时系统的速度稳态误差降低了50%,其低速性能得到明显的改善,系统的快速性、稳定性获得明显的提高。     

基于改进遗传算法的LuGre摩擦模型参数辨识及补偿

针对非线性摩擦力对精密Z轴伺服装配臂的动静态性能的影响,基于Lu Gre摩擦模型,提出了一种改进遗传算法对LuGre摩擦模型参数进行辨识,实现了由"分步辨识"到"一步辨识"的转变,并将辨识结果陷入局部最优的概率从0. 3左右降低到了0. 1以下,高效地获取了全局最优辨识结果,辨识误差也从10%左右降低到了3%以内,提高了辨识精度;同时,在Z轴伺服装配臂系统下对LuGre摩擦力设计了前馈补偿器进行补偿,仿真实验表明,基于LuGre摩擦模型的前馈补偿可有效消除非线性摩擦力对精密伺服系统的影响,从而提高精密Z轴伺服装配臂系统的动静态性能。     

自适应摩擦估计和补偿的电机伺服系统高精度控制研究

永磁直驱伺服系统由于摩擦和扰动的存在,无法满足系统准确性和稳定性的要求。基于此,提出采用自适应摩擦估计方法实现对系统中摩擦力矩的观测和补偿。建立直驱伺服系统的数学模型,设计了用于摩擦估计的状态观测器模型,为获得摩擦力矩的一般表达形式,通过多项式拟合,结合观测器输出,建立新的摩擦力矩一般表达式;提出一种具有补偿反馈和比例积分反馈的控制律,通过试验验证了提出的摩擦估计模型的有效性;开展了弦信号和方波信号下的试验研究。结果表明:所设计的控制方法能够有效估计和补偿系统中摩擦力,实现转角位置的高精度跟踪。     

应用于伺服系统的改进摩擦模型

针对在伺服系统的摩擦补偿研究中,目前广泛应用的摩擦模型存在不足,如Dahl模型对摩擦现象描述不完整,Lu Gre模型复杂、参数过多、实际应用不稳定的问题,对其问题产生原因进行了分析和探讨,并结合伺服系统的实际运动特性,通过在模型中引入stribeck函数和整体的摩擦力项,从而给出了一种改进的摩擦模型。另外,从摩擦的stribeck效应、伺服系统中的滞-滑运动、极限环现象三个方面进行仿真,通过仿真结果分析,验证了该改进摩擦模型的有效性。     

XY平台伺服系统的零相位鲁棒控制

针对直接驱动XY平台伺服系统的位置控制进行设计,考虑到系统的扰动、摩擦等因素引起的误差,采用零相位误差跟踪控制器和干扰观测器相结合的控制方法,通过零相位误差跟踪控制器来减小系统的跟踪误差,并通过干扰观测器来减小扰动对系统的影响,从而同时提高系统的跟踪性能和鲁棒性能。仿真实验结果表明,所提出的控制方案对提高伺服系统的定位精度有一定的作用。     

液压伺服系统的摩擦力分析及补偿研究

为了对液压位置伺服系统低速运行时的摩擦力进行研究并实现摩擦负载动态补偿，针对常见的液压位置伺服系统建立摩擦模型并设计摩擦观测器，通过仿真验证了该摩擦模型及动态补偿方法的有效性。仿真结果表明该新型摩擦模型和补偿技术具有良好的补偿效果，能够动态、适时地补偿摩擦力，为设计高精度、超低速电液伺服系统提供了有效的途径。     

叶片辊轧机调整机构摩擦补偿控制策略

针对非线性摩擦导致叶片辊轧机轧辊的左右调整机构调整精度降低的问题,提出一种基于自适应模糊摩擦逼近补偿的全局滑模控制策略。建立了含非线性摩擦模型的辊轧机左右调整机构动力学模型,基于改进的Lu Gre动态摩擦模型,采用自适应模糊摩擦逼近方法实现调整机构中摩擦的在线补偿,结合全局滑模控制保证系统在响应过程中具有一定的鲁棒性。利用Matlab/Simulink软件对控制过程进行跟踪仿真,并将本文控制策略应用于现场实际中,验证了本文方法的有效性,研究结果表明:控制策略可以实现系统轨迹的高精度追踪,本文方法可以很好地实现轧辊机左右调整机构的控制。     

一种新型LuGre摩擦模型参数辨识方法

针对Lu Gre摩擦模型参数难以辨识的问题,提出了一种一次性获得模型所有参数的新型快速识别方法,将Lu Gre模型构造为以速度为输入、摩擦力为输出的单输入单输出系统,求解出相应的Lu Gre离散递推方程,解决了参数辨识时鬃毛微位移无法有效检测的难题。在此基础上,通过遗传算法对给定的Lu Gre模型进行辨识实验,发现一次性能辨识出Lu Gre模型的6个参数,参数辨识误差最大为0.419%,具有较高的精度。通过Simulink对指定参数和辨识参数的摩擦力仿真对比可知,辨识出的参数可以较高精度逼近原始数据,最大力矩误差仅有0.14 N·m,验证了新型辨识方法的有效性。     

磁悬浮永磁直线电动机自抗扰控制器设计

磁悬浮永磁直线电动机实现了直接驱动和无摩擦进给,有效提高伺服系统的反应速度和精度。针对电动机运行中受到系统外扰和内扰的问题,将自抗扰控制器引入磁悬浮永磁直线电动机。首先,建立电动机在d-q坐标下的数学模型,分析系统非线性强耦合的本质原因;其次,将速度,d,q轴电流作为系统状态量,设计三个一阶自抗扰控制器。将电流间存在的耦合项视为系统内部扰动,应用扩张状态观测器估计系统输出和受到的综合扰动,并在反馈中加以补偿,实现系统的反馈线性化;最后,建立采用自抗扰控制的系统仿真模型。仿真结果表明,采用自抗扰控制的磁悬浮永磁直线电动机伺服系统具有良好的动态性能,并且能有效抑制内外扰动,具有很强的鲁棒性。     

基于状态观测器增益自调整的交流伺服系统

针对永磁同步交流伺服系统易受机械参数的变化和负载扰动的影响,论文设计了一个负载观测器,并采用递推最小二乘法对系统的转动惯量和粘滞摩擦系数进行了在线辨识,然后用辨识得到的转动惯量和粘滞摩擦系数对系统参数进行更新,保证了观测器的精度。采用极点配置法设计的观测器增益可以根据前面估计得到的转动惯量和粘滞摩擦系数在线调整,使该观测器在自身的机械参数发生剧烈变化时,仍能准确地观测突加的外部负载扰动进行补偿,大大提高了伺服系统的精度。仿真结果表明,系统在转动惯量和粘滞摩擦系数发生变化时,基于负载观测器增益自调整的高精度永磁交流伺服系统无论是在上升时间,速度跟踪的精确性和鲁棒性方面都优于传统的负载观测器的增益固定的控制方案。     

基于观测器的直线电机气浮工作台扰动抑制

直线电机伺服系统中,各种外部扰动会直接“零传动”到控制系统,导致伺服系统性能下降,影响运动平台的精度。为了抑制外部干扰对直线电机气浮工作台精度性能的影响,在不增加控制系统硬件的情况下,基于工作台的名义模型,设计了阶次低、易于实现的速度型干扰观测器,通过观测工作台指令速度来观测等效的外部干扰,在控制系统中进行补偿。在直线电机气浮运动平台的控制中,采用上述干扰观测器进行干扰控制实验。实验表明,基于干扰观测器的控制系统对外部扰动具有很强的抑制作用,降低了工作台的定位误差和轨迹跟随误差。     

基于双观测器的多电机卷绕系统切换滑模控制

针对多电机卷绕系统存在的强耦合、张力控制精度低、易受扰动影响等问题,提出一种基于非线性扰动观测器和张力观测器的切换滑模控制方法。以永磁同步电机作为系统的驱动机构,设计非奇异快速终端滑模控制器来实现对电机转速的控制,并设计非线性扰动观测器来估计系统的参数摄动,将估计值用于前馈补偿;对于系统的张力环,采用带有切换函数的自适应滑模控制器,切换函数可以使系统状态更快到达滑模面;并设计张力观测器来精确观测张力大小。仿真实验结果表明：与传统的控制策略相比,所设计的控制策略提高了系统的响应速度、跟踪精度和鲁棒性。     

超精密加工伺服系统滑模控制技术研究

为实现超精密加工伺服系统高精度跟踪控制，建立了交流水磁同步电机伺服系统模型，研究了带扰动观测器补偿的滑模变结构控制方法，仿真结果表明，该控制策略有效地抑制了负载扰动引起的抖振，对参数波动也有较强的适应能力，可以有效地提高系统的跟踪特性。     

基于前馈控制的高精度伺服系统北大核心

对高精度电机伺服系统的控制策略进行了研究,针对伺服系统闭环层次多造成的稳态误差大、响应慢的问题,采用速度和加速度前馈控制改善了系统的跟踪性能;针对系统抗扰性能差的问题,采取一种新型扰动观测器作为负载转矩观测器,对负载转矩观测结果进行补偿,有效解决了负载扰动造成结果波动大的问题。此转矩观测器的设计简单仅有一个控制参数,不含微分量,具有高频噪声小的优点。对控制策略建模仿真,结果表明:前馈控制可以有效降低稳态误差,改善系统跟踪性能;进行负载转矩观测并补偿,可明显降低扰动造成的超调。     

基于自抗扰的电液位置同步控制系统

针对液压伺服系统中的非线性和不确定特性,为了改善双电液位置伺服系统的同步性,设计了基于自抗扰控制器的速度环电液位置系统,对速度系统的内部扰动和外部扰动进行观测,并加以补偿,同时引入两侧速度偏差补偿信号,实现对速度和位置控制。仿真实验结果表明,此控制方案十分有效,具有较强的鲁棒性,动态过程同步误差小,能较好地满足被控对象对高精度同步控制的要求。     

基于前馈和滑模复合结构的飞行器电动舵机控制

针对飞行器电动舵机伺服系统的控制问题,提出了一种能够有效抑制传动机构非线性摩擦的控制方法,该方法由前馈补偿器、基于LQR的PID反馈控制器以及滑模控制器构成。前馈控制能够提高系统响应的快速性,PID反馈控制提高系统的抗干扰能力,针对非线性摩擦设计的滑模控制律,用来削弱非线性摩擦对舵机伺服的影响。在分析电动舵机伺服系统构成的基础上,给出了非线性摩擦的Stribeck模型;建立了系统数学模型,在此基础上分析得出前馈补偿器的结构和参数;引入参考给定量,建立基于误差的状态控制方程,设计了基于LQR的PID控制器以及抑制非线性摩擦扰动的滑模控制律。分别对含有滑模控制器和不含滑模控制器的控制方法进行了仿真实验,实验结果表明:含有滑模控制器的控制方法能够有效抑制非线性摩擦引起的速度抖动问题以及位置"平顶"现象。