基于MIMO滑模的气动伺服系统控制

针对非线性气动伺服系统的轨迹跟踪和柔顺控制问题,采用MIMO滑模控制器实现气动系统多输出的跟踪控制。对气动伺服系统基于流量控制策略的动力学进行建模,将其状态方程转换为严格反馈系统形式;设计用于轨迹跟踪和内腔压力跟踪的双滑模面,基于传统的滑模控制率构造用于气动系统的双控制输入,实现气动系统控制器的设计。基于Simulink搭建控制仿真平台,仿真结果验证了控制器对系统多输出的有效跟踪控制。     

特大型齿轮激光跟踪在位测量原理及关键技术

为了实现特大型齿轮精密测量,介绍了作者提出的特大型齿轮激光跟踪在位测量原理,重点阐述了其中的几项关键技术.特大型齿轮激光跟踪在位测量系统整合了激光跟踪仪的大尺寸测量能力和三坐标测量机的高精度,采用激光跟踪仪建立齿轮工件坐标系和三维测量平台坐标系,通过激光跟踪仪坐标系将齿轮工件坐标系与三维测量平台坐标系关联起来,并建立了相应坐标系的拟合模型及算法.同时,建立了三维测量平台的姿态调整模型,通过姿态调整机构完成了三维测量平台的姿态调整,进而确保三维测量平台与齿轮轴线的位置关系满足要求.最后,给出了该在位测量系统的实测结果.实验结果表明:特大型齿轮激光跟踪在位测量系统原理正确可行,满足6级以下特大型齿轮的精密测量.     

PI Ziegler-Nichols预测控制在机器人位置伺服控制中的应用

针对机器人姿态变换时伺服电机位置控制中惯量和负载转矩的变化,提出了一种PI Ziegler-Nichols预测并行控制策略。设计了PI Ziegler-Nichols控制器与预测控制器,PI Ziegler-Nichols控制可对传统PI控制器的比例、积分系数进行在线调整,抑制了参数变化和负载扰动,预测控制在误差较大时能够提高收敛速度并具有较好的跟踪能力。仿真结果表明,并行控制策略具有较好的稳定性和动态跟踪精度,当系统参量产生变化时,PI Ziegler-Nichols预测控制器可自适应调整,在机器人伺服系统中可实现较好的位置控制精度和较快的响应速度。     

敏捷小卫星对地凝视姿态跟踪控制

研究了基于双框架控制力矩陀螺(DGCMG)的敏捷小卫星对地凝视成像过程中的姿态跟踪控制.首先,根据敏捷小卫星的特点和凝视成像任务需求设计执行机构配置方案.然后,根据轨道信息计算地面凝视目标的相对姿态和角速度;为避免控制力矩陀螺(CMG)奇异性的影响,同时设计了适当的控制律和操纵律.最后,通过在“试验三号卫星”的姿态轨道控制系统仿真平台上增加凝视成像任务需求并调整执行机构配置,建立敏捷小卫星姿态控制系统,对文中设计的方案和控制方法进行了数学仿真验证.仿真结果表明,该算法简单有效,能够实现敏捷小卫星对地凝视姿态跟踪,同时给出了DGCMG能够输出的最小框架角速率指标决定了姿态跟踪精度的结论.     

基于模糊PID的阀控喷管电液伺服实验系统仿真研究

电液伺服系统是飞行器的控制系统中用于调整机体姿态的关键部分.该文以某阀控喷管电液伺服实验系统为背景,针对伺服阀的阀芯因加工误差产生的负开口情况,通过建立阀控系统的数学模型,并分别采用传统PID算法和模糊PID算法对其控制效果在Simulink环境下进行仿真研究,结果表明,采用较好的控制方法能够有效克服结构上的缺陷.     

五轴联动数控机床动态性能仿真平台的建立与分析

通过对五轴联动数控铣床系统进行分析,建立起数控机床伺服系统带负载时的动态性能模型,推导出其控制流程图,设计开发出五轴联动数控机床伺服系统动态性能的仿真平台,然后对平台进行验证分析,以所研制的五坐标卧式加工中心其转台伺服轴为验证对象,对其速度环利用动态性能平台进行优化,分析结果,从而对五轴联动数控机床伺服系统仿真平台实用性能进行验证,迅速地为数控机床伺服系统的调试提供可靠依据,实现了高速度、高精度数控机床伺服控制的要求。     

空气动力控制伺服系统位置控制精度研究

空气动力控制伺服系统作为姿态控制系统的执行结构,其控制精度对飞行器的姿态稳定性具有重要意义。以某飞行器空气舵摆角位置伺服系统为研究对象,建立了伺服系统的动力学模型,基于Simulink平台搭建系统的仿真模型,通过仿真和相关地面试验,探讨传动间隙对系统静态特性的影响。结合工程经验,优化完善系统角位移传感器安装方案,解决系统角位移测量曲线相位滞后问题。优化后系统空气舵摆角控制精度1.5%,满足姿控系统使用要求,具有较高的工程应用意义和参考价值。     

基于仿真的航测相机伺服系统设计

为了得到高精度的航测相机伺服系统。为实际系统实现提供理论依据。对该伺服系统进行基于仿真的设计。首先对控制对象直流力矩电机进行了建模,然后完成整个伺服系统框架的搭建,采用多种控制策略完成电流环,速度环,位置环的校正设计。并针对陀螺稳定回路中引入的飞机姿态的变化加入了前馈控制补偿。最后通过系统仿真,得到了较好的动静态性能。     

基于改进遗传算法的电液伺服系统轨迹控制

为了提高挖掘机器人电液伺服系统的轨迹精度,首先,建立挖掘机器人电液伺服系统模型;其次,对遗传算法的种群、适应度函数、交叉概率和变异概率进行改进,设计改进遗传算法的PID控制器,在联合仿真平台上进行了仿真研究,用阶跃和斜坡信号评估控制器性能;最后,搭建挖掘机器人轨迹控制实验平台,采用对挖掘机器人精度要求较高的斜坡作业验证控制器性能。结果表明:相比较于传统的PID控制器和经典遗传算法优化的PID控制器,改进遗传算法优化的PID控制器调整时间短,响应快速,实际动作控制时轨迹跟踪误差最小,可用在挖掘机器人实际轨迹控制中。     

自主飞艇侧滑角姿态建模及控制

针对特定结构的平流层信息平台——自主飞艇,建立侧滑角姿态动力学方程,并将这一分段函数表述为混杂逻辑方程。根据飞艇侧滑角姿态跟踪误差值的大小,判断其侧滑角姿态调整范围。当飞艇需要进行较大侧滑角姿态调整时,辅助推进系统产生附加力矩,采用基于极点配置的PID控制器,使得系统具有需要的动态特性和很好的可靠性能,对于较小的侧滑角姿态调整,改变方向舵操纵角,采用基于等效策略的滑模变结构控制器,保证系统具有很好的抗干扰性能及良好的跟踪精度。通过合理配置极点的位置,确定滑模面参数,设计出的0?-1逻辑触发器成功整合了这两种控制器在不同工况下的应用,避免了控制模式切换过程中常见的振动以致于系统失稳现象。数字仿真结果表明,采用的控制手段及整合方式是合理的。     

基于无剑SoC开源平台的二自由度云台控制系统

基于RISC-V架构下的无剑SoC芯片平台设计与实现多自由度双轴跟踪电动云台控制器,从系统总体构造、核心模块设计、电机运动控制等方面展开介绍,利用九轴姿态测量传感器采集载体的姿态信息,采用实时开环/闭环模式控制57/42步进电机分别作方位和俯仰运动,实现全方位大空间中快速精确运转.原型系统实测结果表明,所提出的方案有效...     

空间目标近距离高灵敏度探测技术

为实现高灵敏度条件下近距离空间目标的探测成像,通过设计惯性空间跟踪、terminal滑模稳定控制指向方法和成像行频自主匹配技术,利用高灵敏度CMOS相机实现了对空间目标的稳定指向和高信噪比成像。最后,利用卫星三轴气浮姿控仿真系统、空间LED目标显示系统和高灵敏度CMOS相机成像系统,进行惯性空间跟踪稳定指向姿控仿真及外场高灵敏度成像试验。试验结果表明:对惯性空间目标稳定指向的过程中,稳像姿态控制优于0.02°与0.001 5(°)/s时,成像曝光10ms可获得信噪比为19dB的低照度图像;利用F数为10的GSENSE400CMOS相机,在光照度为0.05lx和行频自主匹配成像姿态的10ms曝光时间条件下进行20km近距离外场成像试验,能够获得SNR大于18dB的高信噪比图像。     

基于ARM7的太阳能跟踪控制系统硬件设计

设计了一套以嵌入式微处理器LPC2290控制芯片为核心的,太阳能热发电的跟踪控制系统的硬件平台,在考虑了跟踪系统的精确程度和环境影响因素的基础上,加入步进电机、角度传感器等外设实现对太阳的全跟踪。经测试与实际应用,硬件平台性能稳定,可以实现对太阳跟踪装置的精确跟踪。     

Active disturbance rejection based trajectory linearization control for hypersonic reentry vehicle with bounded uncertainties

This paper investigates a novel compound control scheme combined with the advantages of trajectory linearization control (TLC) and alternative active disturbance rejection control (ADRC) for hypersonic reentry vehicle (HRV) attitude tracking system with bounded uncertainties. Firstly, in order to overcome actuator saturation problem, nonlinear tracking differentiator (TD) is applied in the attitude loop to achieve fewer control consumption. Then, linear extended state observers (LESO) are constructed to estimate the uncertainties acting on the LTV system in the attitude and angular rate loop. In addition, feedback linearization (FL) based controllers are designed using estimates of uncertainties generated by LESO in each loop, which enable the tracking error for closed-loop system in the presence of large uncertainties to converge to the residual set of the origin asymptotically. Finally, the compound controllers are derived by integrating with the nominal controller for open-loop nonlinear system and FL based controller. Also, comparisons and simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the control strategy.     

管路系统的虚拟设计

针对各种管路系统中的管路在三维空间纵横交错，管路敷设设计工作纷杂繁复的问题，基于管路路径的三维空间数据和3DS Max平台，通过Max Script语言程序和实体造型技术，调用3DS Max的相关命令生成管路的三维实体模型；借助于虚拟现实硬件，在WTK软件平台上调用管路的三维实体模型，实现了管路系统的三维虚拟设计和真实感、沉浸感显示；讨论了WTK软件平台上图形用户界面的设计方法和步骤，完成了管路虚拟设计系统的用户界面设计。     

Feedback attitude sliding mode regulation control of spacecraft using arm motion

The problem of spacecraft attitude regulation based on the reaction of arm motion has attracted extensive attentions from both engineering and academic fields.Most of the solutions of the manipulator’s motion tracking problem just achieve asymptotical stabilization performance,so that these controllers cannot realize precise attitude regulation because of the existence of non-holonomic constraints.Thus,sliding mode control algorithms are adopted to stabilize the tracking error with zero transient process.Due to the switching effects of the variable structure controller,once the tracking error reaches the designed hyper-plane,it will be restricted to this plane permanently even with the existence of external disturbances.Thus,precise attitude regulation can be achieved.Furthermore,taking the non-zero initial tracking errors and chattering phenomenon into consideration,saturation functions are used to replace sign functions to smooth the control torques.The relations between the upper bounds of tracking errors and the controller parameters are derived to reveal physical characteristic of the controller.Mathematical models of free-floating space manipulator are established and simulations are conducted in the end.The results show that the spacecraft’s attitude can be regulated to the position as desired by using the proposed algorithm,the steady state error is 0.000 2 rad.In addition,the joint tracking trajectory is smooth,the joint tracking errors converges to zero quickly with a satisfactory continuous joint control input.The proposed research provides a feasible solution for spacecraft attitude regulation by using arm motion,and improves the precision of the spacecraft attitude regulation.     

Output-feedback super-twisting control for line-of-sight angles tracking of non-cooperative target spacecraft

Without the line-of-sight (LOS) angles rate information, this paper investigates the LOS angles tracking problem of non-cooperative target in chaser’s body frame with the external disturbance force and torque via chaser’s control torque. By integrating with the attitude dynamics of the chaser, a novel coupled LOS-based relative motion model is firstly established, which reveals the redundancy relationship between the LOS angles motion with two Degree-of-Freedom (DOF) and three dimensional control torque. More specially, the LOS angles tracking control problem is formulated as an output-feedback control problem of an uncertain nonlinear system with the actuator redundancy. As a stepping-stone, a fourth order high order sliding mode observer (HOSMO) is proposed to estimate the system state and uncertain terms. A combination of modified super twisting algorithm (STA) with nonsingular fast terminal sliding mode (NFTSM) and control allocation is proposed, the main novelty of modified STA is that the NFTSM is introduced to replace the linear sliding mode (LSM), and the original STA cannot be applied directly, a modified STA is proposed, which can guarantee the fast finite-time convergence. Finally, simulations are conducted to show fine performance of the proposed control scheme.     

冗余空间机器人基座姿态无扰动路径规划

在研究冗余空间机器人基座姿态无扰动路径规划以实现在空间机器人末端进行连续路径跟踪的过程中基座姿态无扰动。提出一种具有奇异鲁棒特性的反作用零空间算法以完成冗余空间机器人关节运动与基座姿态扰动的解耦控制,其克服了传统基于反作用零空间算法中的算法奇异问题,且结合奇异鲁棒逆以及变阻尼系数克服动力学奇异,进而得到奇异鲁棒的空间机器人基座姿态无扰动路径规划算法。建立基于MATLAB/Simulink的空间机器人数值仿真系统以验证所提出算法的实用性以及可靠性,仿真结果表明提出的算法具有可行性。     

柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统

为解决现有触觉力标定系统不易实现对柔性触觉传感阵列中任意触觉单元进行标定,且存在精度低、不易操作等弊端,设计并研制了一种柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统。利用STM32F103VET6高性能微处理器控制步进电机以联动S型高精度压力传感器实现二维力的精确加载与标定,并将标定信息于上位机实时图形化显示。介绍了标定平台的结构特点、工作原理及系统软硬件设计,通过对系统误差分析及平台标定测试,可实现二维力加载范围0~50 N,法向与切向精确度为0.18%FS。触觉力加载应用实验表明,该加载平台具有较高的测量精度和较强的实用性,为不同结构单元的柔性触觉传感阵列二维力标定及加载提供了便利。