具有输入饱和的环形永磁力矩电动机自适应鲁棒控制

五轴联动数控机床中复合A/C轴直接驱动环形永磁力矩电动机伺服系统在输入饱和情况时易导致系统性能变差,甚至引起系统不稳定。针对系统中的输入饱和问题,基于反步法设计了饱和自适应鲁棒位置控制器,即设计一个虚拟控制律保证误差信号在每一步都收敛且有界。在控制器设计中构建非降函数处理执行器饱和,将控制输入限制在饱和范围内;对于参数不确定性,采用不连续投影算法进行在线参数估计。仿真结果表明该方法不仅使伺服系统在无输入饱和情况下具有较好的伺服性能,输入饱和情况下也能实现良好的跟踪性能。     

永磁直线电机二阶非奇异快速终端滑模控制

针对永磁直线电机伺服系统易受参数变化和负载扰动、端部效应等不确定因素影响的问题,提出一种二阶非奇异快速终端滑模控制方法来设计永磁直线电机位移控制器。该算法设计上避免了终端滑模的奇异区并且提高了其收敛速度,从而解决原有终端滑模的奇异性和速度收敛缓慢的问题。利用二阶滑模超螺旋控制律将不连续的控制作用在变量的高阶微分上,以削弱系统抖振现象。仿真结果表明,该策略不仅使系统具有较好的定位能力和很强的鲁棒性,同时还有效地削弱了系统的抖振现象。     

直接驱动XY平台轮廓误差分析及法向交叉耦合控制

在直线电机直接驱动XY平台中,负载扰动、机械延迟以及两轴驱动系统参数不匹配等因素影响轮廓加工精度.采用H∞速度反馈控制、零相位误差跟踪控制(ZPETC)与法向交叉耦合控制相结合的策略对两轴的运动进行协调控制以提高轮廓加工精度,实现跟踪误差与轮廓误差的同时减小.H∞控制在速度环通过反馈作用消除负载扰动因素的影响,使系统具有较好的鲁棒性.ZPETC基于零、极点对消和相位对消提高系统跟踪精度.法向交叉耦合控制作用于两轴之间,将轮廓误差作为直接被控量进行实时补偿控制,有效地提高了轮廓精度并简化了控制器设计.仿真结果表明,所设计的控制系统具有较好的跟踪性、鲁棒性和轮廓精度.     

数控转台直接驱动回转送进系统的鲁棒2自由度H∞控制

为使直接驱动回转送进系统具有良好的抗扰性能及速度指令跟踪性能,采用基于模型匹配鲁棒2自由度控制结构,设计一个H∞速度控制器.H∞速度控制器使系统对负载扰动及自身参数变化具有较强鲁棒性,同时采用鲁棒2自由度结构,并考虑模型匹配问题,是为了提高系统对速度信号的渐近跟踪性能及响应速度,可以解决抗干扰性能和快速跟踪性能之间的矛盾.仿真结果及分析表明,所提出的鲁棒2自由度H∞速度控制器可以保证高精度直接驱动转台回转送进系统的鲁棒性和精确速度跟踪.     

基于极坐标法的直线电机XY平台轮廓控制

对于直线电机驱动XY平台,非线性的系统动态、曲线轨迹的轮廓误差模型相对复杂以及传统控制无系统化参数调整规则等问题影响其轮廓加工精度.采用适用于非线性运动系统轮廓控制的极坐标法,建立可用于一般曲线且容易计算的直线电机XY平台极坐标误差非线性模型,使轮廓控制问题转换为稳定化的问题.对非线性误差动态模型进行反馈线性化处理后设计状态反馈控制器,使轮廓误差趋近于零.理论推导与仿真结果表明所设计控制系统能有效提高直线电机XY平台的轮廓加工精度.     

抑制直线伺服系统周期性扰动的改进型重复控制

永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统具有高速、高响应和直接驱动等优点,但其端部效应造成的与位移相关的周期性推力波动和摩擦力会降低系统的伺服性能.为了削弱周期性扰动的影响,设计了PDFF(伪微分前馈反馈控制)速度控制器和改进型位移重复控制器来抑制周期性扰动的影响,以实现周期性输入信号的精确跟踪.理论推导与仿真结果表明,该方案有效地抑制PMLSM伺服系统的周期性扰动的影响,对周期性输入信号具有良好的跟踪特性.     

基于等效误差法的直线电机XY平台轮廓控制

对于直线电机驱动XY平台,非线性的系统动态、曲线轨迹的轮廓误差模型相对复杂以及传统控制无系统化参数调整规则等问题影响其轮廓加工精度.采用适用于多轴非线性运动系统轮廓控制的等效误差法,建立可用于一般曲线且容易计算的XY平台等效误差非线性模型,使轮廓控制问题转换为稳定化的问题.对非线性误差动态模型进行反馈线性化处理后设计状态反馈控制器,使轮廓误差趋近于零.理论推导与仿真结果表明所设计控制系统能有效提高XY平台的轮廓加工精度.     

基于Q参数优化的环形力矩电机多目标混合H2/H∞控制

数控转台用永磁环形力矩电机回转伺服系统采用直接驱动方式后,对负载扰动和参数变化更为敏感,使系统的伺服性能大大降低.采用H2和H∞结合的多目标控制方法,在保证系统动态性能的基础上,可以提高系统的鲁棒性和抗扰性能,以解决快速性和鲁棒性之间的矛盾.为此,采用Q参数优化方法设计多目标混合H2/H∞速度控制器,利用连续系统与离散系统解的一致性,将连续问题转化为离散问题求解.仿真结果表明,与传统H∞速度控制相比,所提出的多目标混合H2/H∞速度控制使永磁环形力矩电机伺服系统对负载扰动及参数变化具有更强的鲁棒性和快速性.     

永磁直线同步伺服电机的零相位二自由度H∞鲁棒跟踪控制

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动伺服系统,提出了一种将零相位误差跟踪控制(ZPETC)和H∞鲁棒控制相结合的二自由度鲁棒跟踪控制策略,以解决系统的快速而精确的跟踪控制性能和抗扰性能之间的矛盾.零相位误差跟踪控制器保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而H∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性能.仿真结果表明,该方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时,对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.     

最优ZPETC在伺服跟踪控制中的应用

在高精度伺服跟踪控制系统中,为使输出响应能完整地跟踪输入指令,不仅要求输出与输入之间的相位差为零,而且要求幅值一致,通常采用零相位误差跟踪控制器(ZPETC)作为前馈控制器,补偿相位误差,但同时也产生一定的增益误差.为改善ZPETC的跟踪性能,提出一种基于L2-范数优化的前馈控制器设计方案,通过选取适当的目标函数,设计出最优的数字前置滤波器(DPF),将此滤波器与ZPETC串联构造成最优ZPETC.仿真结果表明,该优化设计方案,既补偿了相位误差,又改善了系统的增益性能,从而提高了系统的跟踪精度.