基于DOB和ZPETC的PWM驱动快速反射镜控制方法研究

针对高精度音圈电机快速反射镜PWM驱动方法存在的问题,对快速反射镜控制方法进行了研究。设计了基于干扰观测器(disturbance observer,DOB)和零相差跟踪控制器(zero phase error tracking controller,ZPETC)相结合的鲁棒控制方法。通过系统辨识实验建立了音圈电机快速反射镜的动态模型,利用半实物仿真平台对控制系统的动态性能进行了测试,给出了被控对象的实验记录测量数据及其开环幅频特性曲线bode图。研究结果表明,基于干扰观测器和零相差跟踪控制器的控制方法补偿了外部扰动、模型不确定性以及机械非线性等因素对控制系统性能的影响,系统带宽达到150 Hz以上,快速反射镜伺服系统能够满足光电跟踪系统对快速反射镜的快速性和高精度要求,新方法在性能上有显著的提高,在实际工程中具有较高的应用价值。     

非最小相位系统自适应模型逆技术研究

针对非最小相位系统中的轨迹跟踪控制问题,基于非最小相位系统的闭环注入体系结构,对非最小相位系统的前馈控制器设计方法、模型逆技术以及自适应控制进行了研究。首先,采用非最小相位零点忽略技术、零相位误差跟踪控制技术和零幅度误差跟踪控制技术设计了系统的前馈控制器,并对3种模型逆技术进行了分析;在此基础上针对系统中非最小相位零点的偏移问题,采用遗忘因子最小二乘法实现了前馈控制器的自适应;最后进行了仿真和试验。研究结果表明:相对于使用零相位误差跟踪控制技术和非最小相位零点忽略技术,采用零幅度误差跟踪控制技术设计的前馈控制器能够更有效地提高非最小相位系统的跟踪精度,系统的轨迹跟踪误差分别减少了61.45%和56.27%;使用自适应算法能够实现对系统参数变化的自适应控制,提高了系统的抗干扰性能。     

基于改进前馈逆补偿的电液加载试验系统力跟踪控制研究

针对电液加载试验系统力加载跟踪控制问题，分析了电液加载系统的组成及工作原理，建立了系统动力学模型，并对动力学模型的准确性进行了验证。在此基础上，首先使用了速度反馈补偿控制器抑制外部干扰，其次利用递推增广最小二乘法(Recursive Extended Least Square，RELS)及零相差跟踪技术(Zero Phase Error Tracking，ZPET)设计出系统逆模型，进行前馈逆补偿控制，然后考虑速度反馈存在的微分问题，设计了内模控制器，最后利用电液加载试验台进行了力加载控制策略的试验研究。试验结果证明，与传统PI控制器相比，提出的改进前馈逆补偿力加载控制算法可以更有效地抑制系统外部干扰，提高力加载的跟踪精度。     

通过直线伺服鲁棒跟踪控制方法提高轮廓加工精度

为了减小零件加工的轮廓误差,提出了一种采用直线伺服驱动的零相位跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器 (DOB)相结合的鲁棒跟踪控制策略。零相位误差跟踪控制器作为前馈跟踪控制器,提高了快速性,使系统实现准确跟踪;基于干扰观测器的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性等不确定因素,并根据预测到的干扰信息对各轴进行补偿以消除干扰对系统的影响,从而保证了系统的强鲁棒性能。仿真结果表明所提出的控制方案是有效的,既能实现完好跟踪,又有较强的鲁棒性能,从而提高了轮廓加工精度。     

用零相位的方法检测微加速度计的谐振频率

介绍了谐振式微加速度计的工作原理。针对已设计好的谐振器样片结构,分析了微加速度计的驱动和检测原理。结合锁相环可以实现无相差的频率跟踪,提出了采用零相位差的方法来实现驱动信号动态跟踪谐振器的谐振频率,最后采用锁相环CD4046进行了硬件电路的设计。     

气压伺服系统高性能鲁棒控制器的设计

2自由度控制器越来越在伺服控制中显示其优越性。2自由度控制利用反馈控制来保证稳定性,利用前馈保证轨迹跟踪性能。首先辨识得到了气压系统的闭环传递函数。基于闭环系统辨识模型设计了零相位误差前馈控制器(ZPETC),ZPETC将闭环系统带宽拓宽为100 rad/s左右。系统的干扰抑制能力、鲁棒稳定性由控制器中反馈环节保证。设计了基于干扰观测器的内环反馈控制;外环反馈仍为位置反馈环节。与PID控制比较,整个控制器在试验中得到了良好的轨迹跟踪精度。     

高速雕刻头的零相位误差跟踪控制研究

针对凹版印刷电子雕刻制版设备中关键零部件的控制问题,对工作频率为8 000 Hz的雕刻头进行了零相位误差跟踪控制研究。基于DSP和FPGA,开发了伺服刷新周期为1μs的实时运动控制平台,建立了双质量-弹簧系统动力学模型,采用扫频方法获得了系统幅频和相频响应特性;基于子空间方法,建立了精确数学模型,并基于系统数学模型,提出了采用低通滤波器限制控制器输出的零相位误差跟踪控制;通过仿真确定了低通滤波器带宽。研究结果表明:该控制器改善了系统的阶跃响应动态特性,提升了系统响应速度,系统上升时间减少了25μs;并抑制了谐振振动,验证了该控制算法的有效性和工程可实现性。     

基于QFT的开关阀控气动位置伺服系统鲁棒控制

考虑开关阀的滞后特性,建立了高速开关阀控气动位置控制系统的非线性模型,并在原模型的基础上,将系统模型处理为包含滞后环节的数学模型。针对该模型对象参数不确定、摄动量大和负载变化范围大等问题,采用包含小闭环的2自由度控制结构,用定量反馈理论,进行系统的鲁棒稳定性、干扰抑制和跟踪性能设计,设计了具有鲁棒性能的控制器,并且设计了有效的摩擦力补偿器。经过试验验证,系统不仅具有较好的稳定鲁棒性,还具有很好的动态性能和位置精度。     

点位控制数控系统的前馈控制器设计及运动轨迹规划

针对点位控制仅对定位精度以及调节时间有所要求的情况 ,本文从零相位误差跟踪算法出发 ,证明了零相位误差跟踪算法在阶跃输入下的无差性 ,并将之用于点位控制前馈控制器设计 ,以提高定位精度和快速性。在此条件下 ,为适应高速加工的需要 ,给出了一种既快速又稳定的运动轨迹。仿真结果表明 ,与传统的控制相比较 ,零相位误差跟踪前馈控制器用于点位控制能显著提高系统的定位快速性与运动平稳性。     

基于零相位误差跟踪控制器的轮廓误差交叉耦合控制

针对高精密轮廓加工，在分析系统轮廓误差的基础上，通过减小跟踪误差来间接减小轮廓误差，提出了将交叉耦合控制器和零相位误差跟踪控制器相结合的控制策略。交叉耦合控制器用以增加各轴之间的匹配程度，以减小轮廓误差；零相位误差跟踪控制器作为前馈跟踪控制器，提高了快速性，使系统实现准确跟踪。仿真结果表明所提出的控制方案是有效的，能达到良好的轮廓跟踪效果，从而提高了轮廓加工精度。     

IMPROVED QUANTITATIVE FEEDBACK THEORY TECHNIQUE AND APPLICATION TO THREE-AXIS HYDRAULIC SIMULATOR

In order to meet tracking performance index of three-axis hydraulic simulator, based on classical quantitative feedback theory (QFT), an improved QFT technique is used to synthesize controller of low gain and bandwidth. By choosing a special nominal plant, the improved method assigns relative magnitude and phase tracking error between system uncertainty and nominal control plant. Relative tracking error induced by system uncertainty is transformed into sensitivity problem and relative tracking error induced by nominal plant forms into a region on Nichols chart. The two constraints further form into a combined bound which is fit for magnitude and phase loop shaping. Because of leaving out pre-filter of classical QFT controller structure, tracking performance is enhanced greatly. Furthermore, a cascaded two-loop control strategy is proposed to heighten control effect. The improved technique's efficacy is validated by simulation and experiment results.     

直接驱动Xy平台零相位误差跟踪新型交叉耦合控制

针对直接驱动XY平台高精密轮廓加工中存在的电气——机械延迟、系统参数不确定性及两轴驱动系统参数不匹配以及扰动等因素影响轮廓加工精度的问题,提出了将零相位误差跟踪控制(ZPETC)与新型交叉耦合控制相结合的策略对两轴的运动进行协调控制,实现跟踪误差与轮廓误差同时减小。ZPETC作为前馈跟踪控制器,提高了快速性,克服了伺服滞后,使系统实现准确跟踪,减小了跟踪误差,进而有利于减小轮廓误差;新型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,特别有效地提高了轮廓精度并简化了控制器设计。仿真和实验结果表明所设计控制系统具有较好的跟踪性和鲁棒性,进而大大提高了跟踪精度和轮廓精度。     

基于NDO的ROV滤波反步轨迹跟踪控制

针对作业型遥控水下机器人(ROV)在轨迹跟踪过程中存在模型非线性、强耦合、模型参数不确定和外界干扰不确定等问题,提出一种基于非线性干扰观测器(NDO)的滤波自适应反步控制策略。使用NDO观测模型的不确定性和外界干扰,通过指令滤波器避免了直接对虚拟控制量解析求导的过程,利用自适应律补偿观测器观测残量。通过Lyapunov稳定性理论证明了跟踪误差系统的渐进稳定。仿真实验表明,设计的控制器能够实现精确的轨迹跟踪,具有较好的鲁棒特性。     

大模型不确定性下的汽车纵向加速度控制

针对汽车纵向动力学模型存在较大不确定性的问题，提出了一种基于鲁棒控制理论的多模型分层切换控制方法。在分析汽车纵向动力学特性基础上，用4个乘性不确定模型描述对象，并应用鲁棒控制理论设计控制器集合。考虑鲁棒控制理论特点，设计了一种基于不确定性估计的切换指标函数，实现了汽车纵向加速度多模型分层切换控制。理论分析和实验表明，提出的方法在模型具有大不确定性时可以对加速度进行有效控制，系统具有良好的跟踪性能，稳态误差小于0．1m／s^2。     

Dynamic characteristic analysis and force loop design for the aerodynamic load simulator

A dynamic load simulator which can reproduce, on-ground, the aerodynamic hinge moment of control surface, is an essential rig for performance and stability test of aircraft actuation system. The hinge moment varies widely in the flight envelope depending on specific flight condition and maneuvering status. To replicate the wide spectrum of this hinge moment variation within some accuracy bounds, a force controller is designed based on the Quantitative Feedback theory (QFT). A dynamic model of load actuation system is derived, and compared with the experimental results. Through this comparison, a nominal plant model of load actuation system with some uncertainty bounds is developed. The efficacy of QFT force controller is verified by numerical simulation, in which hydraulic actuation system dynamics of aircraft control surface is considered.     

光电跟踪系统鲁棒自调整内模控制设计与分析

光电跟踪系统广泛应用于制导武器、航空航天观测设备以及靶场光电测量仪器等领域。针对光电成像测量时滞和模型不确定性,设计了一种鲁棒自调整内模控制算法。给出基于相位裕度和幅值裕度指标的系统控制器整定方程,分析得到了模型失配情况下的系统鲁棒稳定条件以及参数的设计准则,引入基于二次型性能指标的优化方法在线自适应调整控制滤波器参数来提高系统的控制性能和鲁棒性。在光电跟踪转台上的实验结果表明,所设计算法可有效地克服光电图像跟踪器测量时滞所造成的跟踪偏差,跟踪精度小于1密位,保证了成像传感器对目标的快速准确跟踪。     

基于零相位误差跟踪的直线伺服系统重复控制

永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统在跟踪周期性输入时,PMLSM的端部效应和摩擦力所造成的周期性推力波动影响系统的跟踪精度。同时,电动机本身所存在的响应滞后会造成输入与输出之间的相位差,影响系统的跟踪性能。为达到零相位误差跟踪的目的,速度控制器采用伪微分前馈反馈(PDFF),位移控制器采用零相位误差跟踪重复控制(ZPETRC),将重复控制(RC)和零相位误差跟踪控制(ZPETC)相结合,重复控制用以抑制周期性跟踪误差,零相位误差跟踪控制用以减小系统的相位差,实现对周期性输入信号的精确跟踪。理论推导与仿真结果表明,该控制方案有效地抑制PMLSM伺服系统的周期性跟踪误差,补偿了时间滞后所造成的相位误差,使系统对周期性输入信号具有良好的跟踪特性。