基于奇异摄动环形永磁力矩电机的二阶滑模控制

针对高精度五轴联动数控机床中主轴头复合A/C轴直接驱动环形永磁力矩电机伺服系统易受负载扰动和参数变化影响的特点,以及其机械和电气变量间的耦合影响速度跟踪的快速性和精度的问题,设计了基于奇异摄动理论的二阶滑模鲁棒速度控制器.利用奇异摄动理论将环形力矩电机伺服系统的高阶模型解耦成两个不同时标的子系统,以实现变量间的解耦和模型简化.采用二阶滑模控制的螺旋算法分别设计快变和慢变子系统的控制律,再合成得到复合控制,以增强伺服系统的鲁棒性.仿真结果表明,所提出的策略使伺服系统具有很强的速度跟踪性能,而且对负载干扰和参数变化等不确定性具有很强的鲁棒性.     

基于QD与MEMS振镜的微纳激光通信终端伺服技术研究

为了满足微纳卫星平台间的数传需求,实现伺服结构的小型化,设计了一套基于四象限探测器(QD)与MEMS振镜为伺服架构的微纳激光通信终端,完成光斑的检测跟踪.为了提高微纳通信终端跟踪精度,分析了光斑大小对四象限探测器检测精度的影响,使用Matlab进行仿真,并据此设计了一种当光斑直径小于四分之一探测器靶面直径时的捕获跟踪伺服系统算法,对系统组成及捕获跟踪算法进行了详细论述.搭建室内实验平台,进行了双向全光捕获跟踪实验,系统捕获时间2.2 s,跟踪误差84μrad.     

基于幅相裕度参数整定的二自由度IMC-PID导引头伺服系统设计

针对电视跟踪导引头光电平台伺服系统高精度,高频响,鲁棒性和可靠性的设计要求,提出并推导了一种基于幅相裕度参数整定的二自由度内模PID鲁棒控制的方法(IMC-PID).其特点是将PID控制、Smith预估控制、线性二次最优反馈控制等归纳到同一构架之下.利用幅相裕度整定控制器参数,增强了系统的实用性和鲁棒性.同时,文中给出了光电平台的伺服系统组成与硬件构成.仿真和实验表明,二自由度内模PID控制算法具有很好的跟踪特性和抗干扰特性,可以很好的满足系统的各项控制指标.     

激光通信中的伺服控制技术研究与系统特性测试

激光通信终端伺服系统是一种能够实现高精度指向、捕获和跟踪的机构,控制系统的设计与实现将直接影响通信系统的稳定性。针对通信终端的控制技术与伺服系统设计及其性能测试,详细论述了基于永磁同步电机的光端机系统的驱动方式选择以及伺服系统的控制策略。最后,在实验室条件下进行了动态性能测试。实验结果显示,通信终端伺服系统具有较好的速度平稳性与系统控制精度,为光闭环与复合跟踪的实现提供了依据。     

基于干扰观测器的惯性平台摩擦补偿方法

为研究摩擦对惯性平台跟踪性能的影响,根据摩擦力的Stribeck曲线建立了平台伺服系统中的摩擦力矩仿真模型,并提出用干扰观测器的方法来补偿其干扰.在介绍了干扰观测器的设计方法的基础上,建立了带有摩擦干扰的平台跟踪系统的控制模型.仿真结果表明,干扰观测器对摩擦干扰力矩有很好的补偿作用,使惯性平台的跟踪精度和抗干扰能力得到了提高.     

基于实时位置补偿直接驱动XY平台轮廓控制

永磁直线同步电机驱动XY平台系统在跟踪自由曲线时轮廓精度会受轨迹时变性的影响,系统中存在的周期性扰动也会降低轮廓加工精度.针对上述问题,采用适用于多轴非线性轮廓控制的实时轮廓误差计算算法,建立可用于自由曲线跟踪的XY平台的实时轮廓误差模型.利用实时位置补偿与交叉耦合控制相结合的控制方法减小轮廓误差.单轴系统采用IP积分-比例控制与速度前馈控制相结合的复合控制器.理论推导与仿真结果表明,该方案能够有效地提高系统的轮廓精度,同时能较好地抑制系统周期性扰动的影响.     

基于数据手套和双目视觉技术的虚拟手势及其空间位置跟踪

基于数据手套技术,搭建了虚拟手势交互系统,实现人手到虚拟手的映射. 对双目视觉中空间点定位模型进行了修改,提出一种基于两垂直摄像头的空间点定位模型,实现了基于双目视觉技术的运动目标位置与姿态跟踪;通过对CamShift算法的改进,提高了运动目标跟踪系统的准确性和自动性,解决了柔性物体的空间姿态捕捉问题. 在VS2008平台上,用VC++和双摄像头搭建了一个虚拟手势交互平台,通过实验,获取了图像及相应的角度与位置信息对照,将虚拟手的位置和姿态与图片相对照,对所提出的方法进行了验证,证明了该方法的有效性.     

无人机跟踪系统仿真平台的设计与实现

为解决无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)在进行地面目标跟踪实验时,存在验证难度大,成本高等问题,设计和实现了基于视景仿真软件和MATLAB/Simulink的仿真平台.首先,选择汽车作为地面目标,在视景仿真软件中导入UAV和汽车的三维模型,并设置虚拟云台和摄像机.其次,利用UAV、汽车与云台之间的相对运动模拟UAV跟踪过程中场景的变化,基于运动补偿的云台控制算法保证了虚拟摄像机始终指向目标.然后,虚拟摄像机采集目标所在区域的图片,图像跟踪算法跟踪图片中的目标,并利用目标图像模型解算目标在世界坐标系下的位置.最后,根据目标位置,使用参考点制导法生成期望的滚转角指令,引导UAV围绕目标盘旋飞行.视景仿真软件、图像跟踪算法和MATLAB/Simulink之间通过共享内存与UDP进行闭环通信.此外,提出一种实用可靠的标定方法,完成了视景仿真软件中虚拟摄像机内参矩阵的标定.仿真结果表明:该仿真平台能较好地模拟UAV对不同运动状态汽车的跟踪,得到的仿真结果具有较高的工程参考价值.本文的研究成果为目标跟踪实验提供了良好的仿真环境,有效减少实验成本.     

电液伺服系统力轨迹反馈线性化滑模跟踪控制研究

针对电液伺服系统执行器的负载、液压油黏度和系统压力等发生变化时,对电液力控制系统的跟踪性能会造成影响,且传统的滑模控制器在跟踪电液力轨迹时容易出现振颤现象等问题,设计一种反馈线性化滑模控制器,用于对电液伺服系统的力轨迹进行精确跟踪控制研究。根据液压流体的作用原理,建立阀的流量数学模型和液压缸的数学模型。在负载的力作用下,建立液压缸与负载力平衡的数学模型,将设计的反馈线性化滑模控制方法和传统的PID控制方法在MATLAB/Simulink平台进行建模仿真实验对比。结果表明,在追踪电液力轨迹时,相比PID控制方法,反馈线性化滑模控制器能够显著提高电液伺服系统的力轨迹跟踪精度。     

比例阀控马达自调节前馈补偿跟踪控制

目的针对负载特性是以静扭矩为主的阀控马达电液比例伺服系统的位置跟踪控制,研究在变增益、变死区非线性因素影响下的跟踪性能问题.方法在常规复合控制结合死区补偿方法的基础上,设计了死区和自调节前馈补偿的综合控制方法.结果实验结果表明,在负载扭矩大范围内变化下,正弦和等速跟踪均取得了令人满意的跟踪效果.结论死区和自调节前馈补偿的综合控制方法解决了阀控马达电液比例伺服系统由于变增益、变死区引起的位置跟踪精度问题.