改进LuGre模型的电磁直线执行器自适应鲁棒控制

为提升电磁直线执行器在动态摩擦力下的跟踪性能与干扰抑制性能,提出基于改进LuGre模型的电磁直线执行器自适应鲁棒控制方法。建立考虑改进LuGre动态摩擦力的高功率密度电磁直线执行器动力学模型,通过非线性观测器来估计动态摩擦模型的不可测内部状态,参数自适应用于减少参数不确定性的影响,设计结合摩擦补偿自适应控制律、稳定反馈和鲁棒控制的自适应鲁棒控制方法,并证明该方法的稳定性;基于皮尔逊相关系数研究控制参数对性能的影响规律,对比分析不同控制算法下电磁直线执行器的运动控制性能以及抗干扰能力。仿真与试验结果表明：非线性增益k_s1与k_s2是影响控制性能的关键参数,提出的自适应鲁棒控制方法与鲁棒控制以及PID控制相比,在提升控制精确度前提下,响应迅速,能够有效克服非线性摩擦力、系统参数不确定性和外界扰动的影响。     

直线电动机动态摩擦力补偿和控制方法研究

由于直线电动机系统具有模型不确定、参数时变、动力非线性等特点,再加上外部干扰因素的影响,导致直线电动机的控制性能明显下降。针对动态摩擦力的非线性对直线电动机的影响,建立了直线电动机改进LuGre动态摩擦力模型,并讨论了所建模型的几种特性;结合上述模型和自适应鲁棒控制技术,提出了一种基于改进LuGre模型的直线电动机动态摩擦力补偿方法,并设计了一种稳定的不可测内状态观测器;最后,在低速和高速条件下进行了实验研究。实验结果验证了模型补偿和自适应鲁棒控制算法的有效性。     

直流直线电机自适应状态空间极点配置控制

提出一种保证稳态精度的自适应状态空间极点配置方法以提高直流直线电机的稳态控制精度。通过反馈增益矩阵的自适应调整及增加补偿增益矩阵,利用自适应调节器实现反馈矩阵及补偿增益矩阵在线估计,并且进行稳态误差补偿,得出自适应状态空间极点配置算法,以克服摩擦力对电机性能的影响。理论分析及MATLAB仿真结果表明:该控制算法能够实现直流直线电机稳态精度的在线估计和补偿,能够快速准确地跟踪电机位移,系统具有良好的动态和稳态性能,闭环系统鲁棒性更强的特点。     

永磁直线同步电动机伺服系统的自适应加加速度控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统中易受不确定性因素影响的问题,该文提出一种自适应加加速度控制(AJC)方法。首先建立含有不确定性的PMLSM伺服系统动态方程。然后,通过模型前馈控制补偿系统的参数不确定性所产生的模型误差,提高系统的响应速度。最后,采用AJC抑制系统中外部扰动、非线性摩擦力等不确定性因素,自适应律使鲁棒增益收敛于有界范围内,提高系统的鲁棒性;AJC的输出信号积分后形成了反馈控制律,削弱了控制律中开关函数激励未建模动态引起的高频谐振,保证了控制信号的稳定性和连续性。系统实验结果表明,该控制方法能够产生平稳的控制信号,明显地提高系统的控制性能,减小跟踪误差,避免高频振荡,进而改善PMLSM伺服系统的控制精度。     

一种动态性能友好型柔性直流输电系统高频自稳控制策略EI北大核心CSCD

现有高频振荡有源抑制策略存在恶化柔直系统动态性能、对电网工况变化的适应性差等不足。该文提出一种动态性能友好型高频自稳控制策略,在基本不影响柔直系统动态性能的基础上,能够完全消除模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)交流端口的高频负电阻特性,对不同电网工况具有强适应性。首先,在静止坐标系中建立包含正负序分离环节、正负序电流控制环节和锁相环等的MMC高频阻抗模型,通过对比传统高频简化阻抗模型,发现锁相环对MMC高频阻抗的附加电阻效应,并进一步分析锁相环控制参数和静态工作点变化对附加电阻效应的影响。其次,阐述所提高频自稳控制策略的基本原理,并给出其参数设计方法。此外,通过建立柔直系统的动态响应模型和暂态电流模型,分析所提策略在柔直系统动态性能方面的优势。最后,通过仿真验证了所提策略能够有效适应不同电网工况,且基本不影响柔直系统的动态性能。     

交直流混合微电网互联变流器改进控制策略

互联变流器是交直流混合微电网的重要组成部分,需要承担交流微电网与直流微电网间的功率分配任务,需要具有良好的动态性能。针对孤岛模式下传统下垂控制的互联变流器存在惯性小、系统瞬态性能差的问题,提出了基于自适应下垂控制的互联变流器控制策略。在下垂系数中引入交流微电网频率的倍数与直流微电网电压差值的微分量,动态增加系统惯性,提高系统瞬态性能。在此基础上,为了避免互联变流器整流与逆变模式的频繁切换,提出滞回控制方法,提高了系统的稳定性。最后,Matlab/Simulink仿真结果表明,孤岛模式下自适应下垂控制方法能够有效增加系统的惯性,提高系统动态过程的稳定性。滞回控制方法可以有效减小死区加入导致的交直流两侧功率分配偏差。     

永磁直线伺服系统的自适应改进Elman神经网络积分反推控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统存在的参数变化、外部扰动和摩擦力等不确定性因素,该文采用了积分反推控制和自适应改进Elman神经网络相结合的控制方案。首先,针对PMLSM伺服系统的非线性特性,利用积分反推控制方法,通过逐步修正算法来设计虚拟控制函数,实现系统的全局调节和位置跟踪;其次,设计自适应改进Elman神经网络来估计系统中存在的不确定性,且利用基于Lyapunov函数的自适应律推导出神经网络的在线参数学习律,使系统具有适应时变特性的能力,克服不确定性对系统的影响,从而提高系统的鲁棒性;最后,实验结果表明所提出的控制方案是有效的,明显提高了系统的跟踪性能和鲁棒性能。     

低频线振动台系统的鲁棒自适应重复学习控制

由于没有传动机构,永磁直线同步电机(PMLSM)作为低频线振动台的驱动部件对扰动和参数不确定性很敏感,摩擦力及纹波推力扰动等非线性因素严重影响了PMLSM的运动精确度.针对上述问题,提出一种鲁棒自适应重复学习控制方法,用于提高低频线振动台系统的精度.所设计的控制律由参数自适应控制、积分滑模控制、重复学习控制组成.参数自适应控制用来估计未知的模型参数并予以补偿;积分滑模控制用来镇定低频线振动台系统,抑制非周期扰动;重复学习控制用来抑制周期性扰动,提高对周期性位置信号的跟踪性能.采用Lyapunov理论设计的鲁棒自适应重复学习控制律能够保证闭环系统的渐近稳定性和位置跟踪性能.仿真结果表明,鲁棒自适应重复学习控制方法明显提高了系统的跟踪性能,改善了加速度失真度.     

基于ZPETC和DOB的直线电机控制器设计及实验研究

直线电机驱动系统中存在的负载力、推力波动等干扰力会引起跟踪误差,降低跟踪性能。干扰观测器可以检测并补偿干扰,有效提高系统的抗干扰能力。前馈控制是提高系统跟踪性能的另一种方法,如直接速度前馈控制器、零相位误差跟踪控制器等,可以有效提高系统带宽,提高跟踪性能。针对直线电机在抗干扰和动态响应方面的需求,该文研究了基于直接速度前馈控制器、零相位跟踪控制器和干扰观测器的直线电机控制方法,并给出实验结果。结果表明,直接速度前馈控制器使位置能够无静地跟踪二阶指令输入,干扰观测器能够很好的抑制推力波动和摩擦力的影响,零相位跟踪控制器能够提高位置闭环带宽,改善跟踪性能,特别是三阶位置指令输入时的跟踪误差。     

基于动态轮廓误差估计的双轴直驱平台 精密轮廓控制

为使双轴直驱平台在加工高进给率或存在尖角的轮廓时能实现高精度轮廓控制,提出一种动态轮廓误差估计(CEE)和互补滑模控制器(CSMC)相结合的精密轮廓控制方案。首先,建立含有参数变化、摩擦力等不确定性因素的双直线伺服系统动态方程。接着,采用牛顿极值搜索算法进行动态CEE并在每个采样点对轮廓误差参数的梯度向量和Hessian矩阵进行更新,具有较快的收敛速度和良好的瞬态性能;构建由位置误差和轮廓误差估计量形成的修正误差,作为CSMC的输入,利用CSMC抑制系统不确定性因素的影响,提高系统的鲁棒性。实验结果表明,该控制方法能够明显地提高系统的控制性能,减小系统的轮廓误差,进而改善双轴直驱平台的伺服系统轮廓加工精度。     

高精确度伺服转台控制系统中的扰动力矩补偿

摩擦力矩和电机波动力矩是影响高精确度伺服转台控制系统位置跟踪精确度的主要因素。针对系统中摩擦力矩和电机波动力矩等扰动力矩补偿问题,提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。基于摩擦观测器提出一种PD前馈控制方法,对系统中的动态摩擦力矩进行了补偿,并利用Lyapunov稳定性理论对所提出的方法进行了系统稳定性分析。结合基于重复控制器的扰动观测器进一步提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。一方面,摩擦补偿方法可以对系统中的摩擦力矩进行补偿;另一方面,插入的重复控制器可以很好地抑制系统中的周期性波动力矩,而扰动观测器则用来补偿重复控制及摩擦补偿时给系统带来的不确定性。仿真结果证明了所提出的方法的有效性。     

高速大行程滚珠丝杠副智能测控平台的伺服控制

为了研究滚珠丝杠副的动态特性如定位精度、重复定位精度、速度及加速度跟踪、动态摩擦力矩、负载扰动、预紧力、疲劳性能、温升和机械振动等对滚珠丝杠副精度保持性能的影响,针对五轴联动加工中心高速大行程滚珠丝杠副设计了一套伺服电机+滚珠丝杠副高速运转、直线电机模拟负载扰动、多通道信号采集的智能精密测控试验平台;建立了测控平台时变参数不确定性和外力扰动的优化动力学模型;提出了基于遗传算法的自适应非线性PID双位置反馈的控制算法和速度、加速度前馈误差补偿的控制策略。试验结果表明,该控制策略具备小的跟踪误差、较强的抗干扰能力和稳定性,满足测控平台的试验需求。     

基于 GMS 摩擦力补偿和干扰观测器的高精度速度控制

为了降低机械轴系摩擦力扰动对于伺服控制器在低速运动控制精度的影响,进一步提高传统伺服控制器对于稳定平 台的控制能力,提出了一种基于广义 Maxwell 滑动(generalized Maxwell-slip,GMS) 摩擦力模型前馈和干扰观测器的高精度 摩擦力补偿方案。首先在传统控制基础上引入GMS 摩擦模型前馈补偿对摩擦扰动进行初步的补偿;然后,通过加入干扰观 测器,对残余扰动及其他扰动进行第2次的抑制。利用实物平台对控制方法的低速运动性能进行了测试,对比设计的控制算 法和传统 PI 控制器的控制结果,验证提出的控制策略抑制摩擦扰动的效果。结果表明,基于 GMS 摩擦力前馈和干扰观测器 的控制方案有效的补偿了摩擦非线性、模型不确定性等因素对于控制系统的影响。新方法可将稳定平台低速运动时的控制 误差降低到0.015°/s, 在实际工程中具有较高的应用价值。     

基于摩擦补偿的伺服转台自抗扰控制策略研究

摩擦非线性扰动是影响伺服跟踪系统控制性能的主要因素之一。为提高转台伺服系统的跟踪性能,提出了一种基于Elastoplastic摩擦模型的改进自抗扰控制方法。首先,建立了转台伺服系统的状态空间模型;其次,采用Elastoplastic摩擦模型描述系统中的非线性摩擦扰动,并用遗传算法辨识了模型参数;最后,基于辨识获得的Elastoplastic摩擦模型,将位置误差和速度误差作为不同的参数分别应用到扩张状态观测器,设计了一种改进型自抗扰控制器。未引入摩擦补偿时的速度跟踪误差平均值约为0.0024 rad/s,而加入补偿后的速度跟踪误差平均值减少为0.00147 rad/s。仿真和实验结果表明,本文提出的控制方案能够提高转台伺服系统的跟踪性能,验证了所提出控制方法的有效性和鲁棒性。     

双三相永磁同步电机位置伺服前馈反馈复合控制

传统伺服系统的位置控制器只采用纯比例控制,不能兼顾系统的响应速度和稳定裕度,且对斜坡等输入信号不能实现无差跟踪。通过分析位置伺服系统的传递函数,设计了一种新型前馈反馈复合控制器。该复合控制器重构了系统的误差传递函数,使系统能够准确跟踪给定信号,提高了伺服系统的跟踪性能和稳定性。为了进一步提升电流环动态性能,在电流环添加反电动势前馈势补偿,用于减小反电动势对电流响应的影响。仿真和试验表明,该控制方法提高了位置伺服系统的动态性能和跟踪精度,验证了前馈反馈复合控制的有效性。     

改进LuGre模型的挖掘机器人摩擦补偿控制

非线性摩擦会降低挖掘机器人电液伺服系统的动静态性能,引起轨迹爬行、平峰和稳态误差等现象。经典LuGre摩擦模型仅与速度有关,内部鬃毛状态变量无法准确测量,无法全面描述复杂的挖掘机器人电液伺服系统摩擦特性。本文综合考虑电液伺服系统位置、速度和方向等信息,设计了一种改进的LuGre摩擦模型,同时引入速度阈值解决了弹性鬃毛平均变形状态观测器不稳定问题。其次,为了解决传统优化算法陷入局部最优解、收敛速度慢等问题,通过引入惯性权重、异步变化和精英突变操作改进基本粒子群优化算法,以精准快速辨识出改进LuGre摩擦模型中的6个未知参数。最后,结合辨识出的摩擦模型,基于结构不变性原理设计前馈摩擦补偿控制器,并在23吨挖掘机器人进行了正弦和三角波不同工况下的轨迹跟踪实验。实验结果表明,传统的比例积分微分控制器跟踪误差最大,三角轨迹最大跟踪误差达到了29.68 mm,基于改进LuGre模型设计的前馈摩擦补偿控制器仅为9.70 mm,误差减小了67.31%,基于改进LuGre模型设计的前馈摩擦补偿控制器可以有效提升挖掘机器人的轨迹跟踪精度。     

一类刚性负载双轴伺服系统的非线性观测器控制设计策略

提出了一种基于非线性观测器的命令滤波自适应反步控制(OCFABC)方法,以解决具有LuGre摩擦模型的双轴伺服系统中的位置跟踪和速度同步问题。观测器用于系统摩擦补偿。命令滤波器作用于虚拟控制信号,解决反步法中的计算爆炸问题,建立误差补偿方程,提高跟踪精度。此外,还设计了速度同步信号,以达到更好的系统同步效果。利用Lyapunov理论分析了闭环系统的稳定性。最后,通过仿真和试验结果证明了所设计方法的有效性和优越性。     

基于自适应摩擦补偿的复合非线性轨迹跟踪控制

伺服系统中存在的非线性摩擦环节,往往会使系统的性能受到影响。针对电机伺服系统,设计了一个复合非线性轨迹跟踪控制器,并通过降阶扩展状态观测器对未测量的速度和未知扰动进行估计。为了消除摩擦力带来的不良影响,在轨迹跟踪控制的基础上,加入了自适应摩擦补偿环节。先通过MATLAB进行了仿真分析,后将该方案应用于直流电机伺服系统进行试验验证。仿真与试验结果表明,该自适应补偿方案能有效抑制摩擦产生的不利影响,实现被控系统对目标轨迹快速准确的跟踪。     

伺服系统的神经网络摩擦力自适应补偿研究

在高精度伺服系统中，摩擦力是影响其低速性能的关键因素。文章分析了摩擦力的特性、数学模型、及其对伺服系统性能的影响，提出了基于RBF网络的自适应摩擦力补偿方法，并将其与参数线性化模型相比较。在某单轴速率／位置转台的控制系统中的应用结果表明，该方法能有效地改善伺服系统的性能。     

位置伺服系统控制算法的研究

传统PID控制在伺服系统高精度位置跟踪和改善系统品质方面已露出诸多不足,且系统中存在的控制干扰和测量噪声会在很大程度上影响伺服系统的跟踪精度.提出一种带有卡尔曼滤波器的重复控制补偿PID和前馈补偿相结合的控制方法.通过仿真证明该控制方法能以较高的精度跟踪周期性输入信号,且有较好的抑制随机扰动和鲁棒性.