高精度音圈快速反射镜的自适应鲁棒控制

为了进一步提高复合轴航空光电稳定平台的性能,文中首先在硬件电路中采用电流环将复杂的电机模型简化为一阶模型,同时保证电机的输出力矩稳定;然后在PD控制器的基础上,引入了自适应鲁棒控制器,对快速反射镜进行位置控制和扰动抑制;最后分别通过带宽测试实验、扰动抑制实验、视轴稳定实验和鲁棒性实验对其性能进行测试,并采用DOB型音圈式-快速反射镜和压电陶瓷式-快速反射镜做对比。实验结果表明:相比于传统的DOB型音圈式-快速反射镜系统,本文控制方法的参数鲁棒性更强;相比于传统的压电式-快速反射镜,本文控制方法不仅视轴稳定精度与其不相上下,还具有更大的行程。除此之外,在80Hz以内任意频率扰动的影响下,基于ARC型音圈式-快速反射镜的复合轴航空光电稳定平台的视轴稳定精度均可以控制在5μrad(RMS)以内;同时在-40℃~50℃的温度条件下依然可以保持该性能,远远优于DOB型音圈式-快速反射镜的效果。本文控制方法完全满足高精度航空光电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。     

永磁同步电机驱动的小型三轴机载光电平台鲁棒控制系统设计

针对永磁同步电机驱动的小型三轴机载光电平台,进行了鲁棒控制系统设计的研究。在进行动力学分析的基础上,建立了三轴机载光电平台的简化多输入多输出模型。综合考虑性能、成本、体积等问题,设计了基于DSP的三通道永磁同步电机伺服控制器。针对载机姿态变化等系统内外部扰动对控制系统惯性稳定精度带来的影响,设计了基于扰动观测器的闭环控制算法,并讨论了扰动观测器的实际物理可实现问题。实验结果表明,与传统控制方法相比,结合扰动观测器的闭环控制方法具有惯性稳定精度高、鲁棒性强的特点,在sin(2πt)°和3sin(0.2πt)°正弦扰动条件下,分别实现了81.83和63.17μrad惯性稳定精度。所设计的小型三轴机载光电平台控制系统具有体积小,惯性稳定精度高,控制算法便于工程实现的特点,具有很高应用价值。     

基于自适应鲁棒控制提升快速反射镜的抗扰能力

航空光电稳定平台广泛采用快速反射镜进行视轴稳定,航空环境中的各种扰动,尤其是振动会影响快速反射镜的稳定性能。针对传统的抗扰方法[如比例-积分-微分控制器(PID)、干扰观测器(DOB)等]抑制扰动效果不明显的问题,提出一种基于自适应鲁棒控制(ARC)方法的快速反射镜抗扰策略。实验测试发现,引入ARC以后,快速反射镜在振动环境中的稳态均方根误差值相比于PID降低约80%,相比于DOB降低约60%,表明ARC对于提升快速反射镜的抗扰能力和稳定性能具有显著效果,具有较大的工程应用价值。     

基于结构滤波器的伺服系统谐振抑制

针对航空光电稳定平台控制系统面临的机械谐振的问题,在双T型陷波器的基础之上提出了一种新型的结构滤波器。这种新型结构滤波器由两个双T型陷波器和一个低通滤波器构成,能够将谐振峰和反谐振峰同时抑制,克服了单一陷波器不能处理反谐振峰值的缺陷。同时相比于双二次型滤波器,结构滤波器的参数调节更加灵活,既可以调节峰值大小又可以调节峰值宽度。实验结果显示:相比于双二次型滤波器,结构滤波器拟合的谐振曲线与实际的扫频曲线匹配度更好。加入结构滤波器对模型进行补偿以后,控制系统的稳定精度提高了5.74倍,闭环带宽提升了4.54倍。新型结构滤波器对于机械谐振的抑制和控制系统的性能提升有明显作用。     

干熄焦水处理系统的优化与改造

莱钢1^#干熄焦锅炉采用中温中压余热锅炉,其水处理工艺设备包括：全自动过滤器、除铁装置、超滤装置、反渗透装置和阴阳离子交换装置,其工艺流程图见图1。运行2年来,该系统存在诸多问题,影响生产的运行和成本核算。根据生产实际,我们对下面3个系统进行了优化与改造。     

基于dsPCI33F的高可靠步进电机细分驱动系统

本文基于dsPCI33F高性能单片机,以42HS03步进电机作为驱动对象,设计了一种高可靠细分驱动系统。系统通过上位机对步进电机运行速度和位置进行设置。底层硬件通过定时计算出当前电机运行所需的电流值,查表输出调制脉宽宽度。相对于目前工业场所使用的成熟步进电机驱动系统,本文设计的系统体积灵巧,结构简单。同时控制界面简洁,便于人员操作。本文详细介绍了细分系统硬件电路设计过程和程序流程,最后通过实验验证理论分析的步进电机细分驱动方法,实验结果与理论分析相符,系统运行稳定。     

基于自适应的自抗扰控制技术提高扰动隔离度

针对扩张状态观测器对二阶及二阶以上系统的扰动观测值存在相位滞后的问题,提出了一种基于扰动频率自适应的自抗扰控制的新方法,并在直线型倒立摆装置中进行了实验验证。实验结果表明:本文方法解决了扩张状态观测器对二阶及二阶以上系统的扰动观测值存在相位滞后的问题;在2 Hz以内随机扰动的作用下,对比传统状态反馈控制器,它将扰动隔离度至少提高了7.85 d B,同时,自抗扰控制器具有很强的鲁棒性,允许被控对象参数在15%的范围内浮动。     

航空光电稳定平台的二级自抗扰控制器

为了进一步提高两轴四框架航空光电稳定平台的抗 干扰能力,提出了一种二级自抗扰控制器(ADRC)的新方法。首先,在外框架中加入高精度陀 螺仪,使其具备扰动抑制能力;然后分别在内外框架中,采用带宽单参数化的设计方法设计 ESO及带扰动补偿的二级自抗扰控制规律;最后,在飞行模拟转台中测试(ADRC)对2.5Hz以内任意频率扰动的抑制能力。实验结果表明,对比于传统的平方滞后 超前控制器,采用二级ADRC,系统的扰动隔离度至少提高9.65dB, 且随着扰动频率大于0.5Hz,扰动隔离度的提高更为明显,最优情况 已达到16.08dB;同时,二级ADRC具有很强的鲁 棒性,允许被控对象参数在17%的范围内浮动,满足了高精度航空光 电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价 值。     

基于频域的光电稳定平台扰动观测器设计

为了解决传统扰动观测器(disturbance observer, DOB) 无法保证标称系统和非最小相位系统内部稳定性的问题,提出了在频域中设计扰动观测器的新方法,通过对补偿器的设计,避免传统DOB传递函数分母为0的情况,从而保证系统稳定性。结合光电稳定平台进行视轴稳定试验,试验结果表明:在幅度为3°、1 Hz的扰动作用下,结合本研究扰动观测器所设计的控制系统,不但可以保证标称系统和非最小相位系统的内部稳定性,并且具有更宽的带宽和更为快速的频率响应,可以更加有效地隔离扰动,相比传统DOB控制系统的输出,扰动残差减少75%,为光电稳定平台控制系统设计提供参考。     

基于自抗扰控制技术提高航空光电稳定平台的扰动隔离度

提出一种基于电流环的自抗扰控制新方法以进一步提高航空光电稳定平台的抗干扰能力。首先,利用电流环将硬件电路中复杂的电机模型简化为一阶模型,从而减小了由于参数过大噪声对扰动观测值的影响;然后,采用带宽单参数化的设计方法为简化后的一阶系统设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制规律;最后,在飞行模拟转台中测试了自抗扰控制器对2.5Hz以内任意频率扰动的抑制能力,并与目前航空光电稳定平台中常用的平方滞后超前校正方法进行了对比。实验结果表明:与传统的平方滞后超前控制器相比,采用自抗扰控制器后系统的扰动隔离度至少提高了6.56dB;而且随着扰动频率大于0.5Hz,自抗扰控制器的扰动抑制能力更为明显,扰动隔离度最多可提高12.03dB。同时,自抗扰控制器具有很强的鲁棒性,允许被控对象参数在15%的范围内任意变化,可满足高精度航空光电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价值。