钢坯修磨机磨头压下系统仿真及试验研究

介绍了钢坯修磨机磨头液压压下系统的工作原理,提出压下过程中采用位置、压力复合控制,提高了工作效率.针对砂轮位置扰动引起的多余惯性力,及其磨头自身重力、摩擦力和惯性力对修磨力的影响,采用三通比例减压阀开环控制压力,系统压力波动较大的问题,提出在三通比例减压阀控制压力的基础上叠加闭环控制的方法进行改进,实现了对磨头压下力的精确控制,使系统在位置扰动下能够保持良好的跟随特性,满足了性能要求,利用AMESim软件对系统进行了建模和仿真研究,确定了控制器参数,用试验验证了仿真结果,并已成功应用于国产板坯修磨机上.     

电液伺服系统的非线性控制

针对电液伺服系统非线性、参数时变的特点,为提高系统的性能,首先讨论了系统的非线性数学模型,利用逆系统解耦控制方法,将非线性系统转化成伪线性系统,进行线性控制;在此基础上,提出了一种模糊PID自适应非线性控制设计方案,与逆系统控制方法进行了仿真比较;结果表明,采用模糊PID控制,在系统参数变化、外界扰动的影响下,具有较好的自适应性和动态鲁棒性能。     

力控法兰的模糊PID恒力控制方法

针对工业机器人进行接触式作业过程中对末端接触力的要求,提出了一种基于力控法兰的末端恒力控制方法。对力控法兰进行了分析建模与参数辨识,设计了模糊控制与比例积分微分(proportion integral derivative,简称PID)控制并行的模糊PID控制器,通过Matlab仿真对纯模糊控制与模糊PID控制效果进行了对比,并研究了模糊PID控制器各参数对控制性能的影响。最后,搭建了基于Labview和外部设备互连(peripheral component interconnect,简称PCI)总线数据采集卡的实验平台,对力控法兰末端输出力进行了实验验证。仿真结果表明,纯模糊控制可提高系统响应性能,但存在一定的稳态误差。加入PID控制与模糊控制并行控制后,仿真与实验证明,阶跃响应的稳态误差消除,正弦跟随效果明显改善,恒力控制输出力在期望力F=10N时波动误差为±0.8N。因此,通过模糊PID控制可实现力控法兰末端的恒力控制,具有较好的动态响应性和跟随鲁棒性。     

基于非线性扰动观测器的永磁同步电机优化控制

为实现永磁同步电机控制的精确可控,提出一种永磁同步电机最优滑模速度控制方法,以非线性扰动观测器为基础,实现最优控制和滑模控制的有效结合,使电机控制过程中的超调现象和启动性能得到较大改善.针对随机扰动问题设计基于观测器(NDOB)的滑模观测器,经过对系统的前馈补偿有效降低了随机扰动影响.理论分析及仿真实验结果表明:该方法有效提高了系统的动态性能和鲁棒性.     

车辆四轮转向控制平台研究

针对机-电-液复合结构的四轮转向平台具有非线性、快时变的特点，提出了模糊自适应PID控制策略。将模糊自适应补偿器与PID控制器并联，提高系统的鲁棒性和抗干扰能力。使用PID控制器稳定系统的线性标称部分，应用模糊自适应补偿器调节PID参数来补偿系统参数摄动、非线性和外界扰动对系统控制性能的影响。仿真和外加扰动实验结果验证了提出的控制策略对四轮转向平台的控制具有快速性、准确性、稳定性和鲁棒性。     

全电式炮控非线性系统模型预测控制器设计

全电式炮控系统是一个强非线性的复杂控制对象,由于存在摩擦力矩、参数摄动等不确定内部因素,常规控制算法难于对其实现精确控制。针对提高全电式炮控非线性系统控制的性能,本文提出了一种基于模型预测控制的全电式炮控系统控制方法,并把菌群优化算法应用到非线性系统模型预测控制器设计。通过对控制目标的分析,将输入受限的非线性预测控制器设计问题转化为控制器参数寻优问题,并利用菌群优化算法来对参数进行寻优,提高了系统控制性能。文中对算法的稳定性进行了分析,并通过全电式炮控非线性系统实例对算法进行了验证。结果证明了算法的有效性和可行性,为全电式炮控非线性系统模型预测控制器的设计提供了一种有效的途径。     

PLC闭环控制钢坯修磨机磨头压下系统试验研究

针对砂轮位置扰动引起的多余惯性力,及其磨头自身重力、摩擦力和惯性力对磨头压下系统输出力的影响,采用开环控制,系统压力波动较大的问题,提出在三通比例减压阀控制压力的基础上叠加闭环控制的方法进行改进.对钢坯修磨机控制系统提出采用分层控制结构,研制了以可编程控制器(PLC)为核心的磨头压下控制系统,实现了各个功能模块的闭环控制,改善了控制效果,提高了设备的可靠性.为提高工作效率,压下过程采用位置、压力复合控制;引入带积分分离的增量式PID控制器闭环控制压力,实现了对磨头压下力的精确控制,使该系统在位置扰动下能够保持良好的跟随特性,满足了性能要求,并已成功应用于国产板坯修磨机上.     

非线性支承下磁悬浮转子系统μ综合控制的研究

针对磁悬浮转子系统支承力的非线性和不平衡扰动问题,采用μ综合控制方法对系统进行控制。根据磁悬浮转子系统模型推导出系统状态空间方程,并对其中的非线性支承力进行平衡点线性化,对状态空间方程进行模态分析,得到低阶控制模型,再通过D-K迭代法得到μ综合控制器,并将其应用于非线性支承下的磁悬浮转子系统。结果表明：μ综合控制下的闭环转子系统具有良好的起浮性能和抗干扰性能;与PID控制比较,μ综合控制下转子系统不平衡响应基频幅值和倍频幅值显著降低;系统不平衡扰动和非线性效应得到了抑制。     

基于电液力伺服系统的液压阀控缸自抗扰控制研究

现有传统电液阀控缸系统非线性、抗扰动、鲁棒性差等特点,该文以液压阀控缸系统为研究对象,采用电液力伺服控制技术,提出了一种基于自抗扰(ADRC)的电液力伺服阀控缸伺服控制研究。首先,介绍传统非对称阀控缸系统组成和控制原理,建立其数学模型;然后设计电液阀控缸力控制算法原理,并设计了ADRC控制器;最后,以单个液压阀控非对称缸为实验对象,搭建实验平台,分别以阶跃信号、正弦信号、以及外界扰动信号对提出的算法进行了相关实验,实验结果验证了该文设计的基于自抗扰(ADRC)的电液力伺服阀控缸伺服控制算法的合理性和有效性,提高了系统控制精度和抗扰动能力。     

无人机电传操纵系统的非线性控制

为了研究无人机的飞行控制性能,以无人机电传操纵系统为研究对象,对其非线性控制技术进行了深入的理论和试验研究。对非线性操纵机构进行了运动学分析,运用逆运动求解方法,将非线性操纵系统进行部分线性化,对机构位置进行正向、逆向运动学推导,建立系统完整的运动学模型。借鉴了一种反馈形式的高精度慢变系统最优控制器,提出了非线性奇异摄动系统的组合控制,利用微分几何控制理论构造了系统模型,并经实验实现了电传操纵系统的奇异非线性自适应控制。研究结果表明,基于非线性自适应控制的电传操纵系统控制能够较好地实现位置、速度精确跟随,并能够满足系统抗负载能力要求,整个系统具有更好的稳定性和鲁棒性。     

航空光电稳定平台的自抗扰控制系统

对航空光电稳定平台模型进行分析并利用电流环简化了平台模型。阐述了影响平台稳定性的扰动及抑制扰动的方法,提出一种基于预报修正的自抗扰控制系统。首先,提出了一种预报修正方法,采用"先预报,后修正"的方法来减小扰动观测值的滞后和超调;然后,设计了基于二阶扩张状态观测器的自抗扰控制系统,对扰动进行线性化动态补偿;最后,在振动平台上对系统进行了速度稳定实验、目标跟踪实验和鲁棒性分析。结果表明,与经典的平方滞后超前控制方法相比,本文设计的控制方法对扰动的隔离度至少提高了5.88dB。另外,设计的系统具有很强的鲁棒性,在系统参数改变±15%的范围内,仍得到很好的控制效果。由于所设计的控制系统具有很强的实用性和鲁棒性,在工程实际应用中提高了航空光电稳定平台的抗扰动性能。     

重载货车弹簧摩擦式缓冲器的性能研究

介绍了重载货车弹簧摩擦式缓冲器的工作原理,采用ADAMS多体动力学仿真软件搭建了弹簧摩擦式缓冲器的虚拟样机模型.分析了缓冲器的初压力、弹簧刚度、斜面角度、摩擦副间的摩擦因数以及摩擦力对缓冲器工作性能的影响规律.结果表明,初压力和弹簧刚度增大,缓冲器的冲击行程将变小;楔块与中心楔块以及固定斜板与楔块间的角度增大,缓冲器的行程减小,阻抗力增加,且变化趋势呈现非线性.在选定的合理结构参数的基础上进行了冲击试验的仿真分析和试验研究,仿真和试验结果基本吻合.     

高密度母盘刻录控制系统的研究

高密度母盘刻录是数据存储中的关键技术.对母盘刻录系统的工作原理、结构组成及控制方法进行了分析研究,提出了基于DSP中央处理器和CPLD逻辑单元为中心的下位机式刻录控制方法,完成了模型建立、参数优化、硬件设计与仿真,并进行了系统特性实验.结果表明,精密系统定位精度为50 nm,亚微米级扰动消除时间＜10 ms;运动运行稳定,基本满足刻录系统性能要求.     

基于机械臂辅助的卫星柔顺装配技术研究

针对卫星大型部件、重载单机装配中位姿调整、接触应力、重力卸载的控制问题,将机械臂辅助装配技术应用到了卫星装配中,提出了一种基于力传感交互控制的机械臂辅助柔顺装配技术。通过力传感器实时采集了机械臂末端作用力,进行了负载重力参数标定,提取了外力/力矩分量;建立了基于外部作用力/力矩控制的装配体位姿柔顺随动算法,对算法的误差识别及控制方法进行了分析;搭建了机械臂辅助柔顺装配系统,在某卫星结构舱板装配、星上单机装配中进行了应用实验。研究结果表明:力/力矩控制范围下限达到10 N/2 Nm,与传统装配方法相比,该技术具有位姿调整柔顺、装配接触应力可控、负载重力承载/卸载精确、适用于狭窄空间等优势。     

四辊卷板机侧辊位移跟踪控制

针对四辊卷板机侧辊位移跟踪控制存在负载变化、参数摄动和未建模动态等不确定性问题,提出一种基于非线性扰动观测器的自适应滑模控制策略。采用非线性扰动观测器在线获取并补偿等效扰动;针对引入非线性扰动观测器后的系统,采用反步法设计自适应滑模控制器,利用自适应律动态补偿扰动观测误差,以降低滑模控制器的切换增益。该设计方法放宽了滑模切换增益对系统不确定性上界的先验性要求,降低了外界干扰和系统不确定性对侧辊位移跟踪性能的影响。同时,采用李雅普洛夫方法证明了侧辊位移跟踪闭环控制系统的稳定性。根据工程实际参数进行仿真,结果表明,该控制策略对系统的不确定性,特别是负载变化具有较强的鲁棒性,可以满足侧辊位移快速、精确跟踪的要求。     

戈壁地貌地形探测器接地压力神经网络控制研究

针对戈壁地貌地形探测器接地压力调节系统具有的非线性特点,提出了地形探测器接地压力的BP神经网络PID控制方法,设计了BP神经网络PID控制器,并利用MATLAB软件编程进行了仿真分析和实验。研究结果表明,BP神经网络PID复合控制较之常规PID控制可使系统具有更优的动态性能和良好的跟随特性,是一种有效的控制策略。     

一种水下机器人混合模糊P+ID控制方法

针对具有非线性动力学特性的水下机器人的运动控制,提出采用解析式描述的单输入模糊控制器取代常规数字PID控制器中的比例项,并保持原有常规PID控制器的结构和参数不变,得到一种混合模糊P+ID控制方法.研究了水下机器人混合模糊P+ID控制的参数调节方法,并采用小增益定理分析了引入模糊控制后的系统输入输出稳定性.采用水下机器人的非线性动力学模型进行了仿真实验,结果表明提出的混合模糊P+ID控制具有比常规PID控制更好的性能.     

抗蛇行减振器动态特性分析以及对车辆动力学性能影响研究

基于SIMPACK建立某高速列车动力学模型,主要从橡胶节点刚度、卸荷速度、卸荷力等方面分析了抗蛇行减振器对列车的动力学性能影响,并对各性能参数进行优化选择,同时,从实验角度研究了油液温度对减振器阻尼特性影响。分析结果表明:油温对减振器阻尼特性影响很大;随着卸荷速度的增加,车辆系统动力学性能有所恶化;随着卸荷力的增加,车辆系统动力学性能有所改善;橡胶节点刚度对车辆动力学性能影响与卸荷速度选取值有关。对橡胶节点刚度优化选取在5~10 MN/m范围内变动,卸荷速度选取为0.01 m/s,卸荷力选取为12 k N,此时,车辆动力学性能可以达到最优范围。     

基于真空负压吸附的太阳翼重力卸载技术

空间可展开机构在地面装配和模拟展开试验过程中受到重力作用而产生应力或变形,在太空环境下重力消失引起应力释放,造成空间机构的性能发生变化影响其在轨可靠运行。针对太阳翼等空间可展开机构地面装配和展开试验的重力卸载需求,提出基于真空负压吸附的重力卸载方法,通过对太阳翼的展开动力学分析,建立卸载重力的太阳翼动力学模型;分析摩擦因数对真空负压吸附系统运动性能的影响规律和重力补偿系统的跟随响应特性,实现重力卸载系统在水平面内的自由移动和快速跟随。试验结果表明,真空负压吸附重力卸载系统的接触界面摩擦因数小于0.08,在40N的太阳翼载荷下重力补偿系统的响应误差为±5%,综合重力卸载精度可以达到94.6%。因此,基于真空负压吸附的重力卸载方法具有很高的自由度和跟随响应速度,能够满足太阳翼等空间可展开机构精密装配和模拟展开试验的需求。     

三阶线性自抗扰控制器的液压伺服流量控制

针对阀控液压马达系统受非线性复杂扰动导致流量输出不稳定的问题,提出一种基于三阶线性自抗扰控制器(LADRC)的液压伺服流量控制方法。基于高阶LADRC理论,提出将ADRC应用于非线性的液压伺服系统控制,分析并验证了跟踪微分器的跟踪误差前馈增益具有抑制系统超调的作用。采用跟踪误差前馈与扩张状态观测器扰动反馈相分离的办法,提出一种针对复杂非线性三阶被控系统的改进的三阶LADRC算法。最后验证了该算法对一类大范围复杂不确定性液压伺服系统具有较PID更强的扰动抑制能力。