气压位置控制系统研究现状及展望

回顾了气压位置控制系统的研究历史,总结了在基本特性研究、控制阀开发和控制策略研究方面的工作。研究工作表明：气体通过阀口和管道的流动复杂、缸内热力过程为指数变化的多变过程、摩擦力与系统运动速度、驱动压力和背压有关。在开发了相关控制阀后,进行了针对系统的各种特性的控制策略的研究,如针对非线性的非线性补偿措施、针对摩擦力的振颤补偿、针对模型误差的鲁棒设计和针对开关阀系统的同向PWM设计等,效果明显。研究工作使得气压位置控制系统已具有良好的性能,能满足工业生产的需要。     

大射电望远镜系统输出滞后补偿方法

针对大口径射电望远镜摩擦、间隙和大惯量引起的输出滞后问题,提出了一种输出滞后鲁棒控制器设计方法。首先,根据阶跃响应辨识的思想获得扰动的边界,在此基础上基于稳定性理论,确定出系统的不稳定边界;其次,设计鲁棒控制器使系统的频率响应曲线与禁区无交叉,从而使系统具有鲁棒性和稳定性,该方法的优点在于它是基于稳定性理论设计的无需稳定性证明,且设计简单容易实现,能保证系统在一定范围内发生波动时仍具有较好的控制性能;最后,通过实验验证了文中方法的有效性。     

基于模型不确定性鲁棒结构奇异值控制研究

基于鲁棒结构奇异值理论,以工程中普遍存在的封闭空间结构———声耦合模型不确定性系统为对象,提出了设计鲁棒控制器的方法,建立了结构-声耦合系统鲁棒主动控制模型,与鲁棒H∞控制结果相比,μ-synthesis方法对模型不确定性具有良好的稳定鲁棒性和性能鲁棒性。     

高速开关阀控气动位置伺服系统的自适应鲁棒控制

针对高速开关阀控气动位置伺服系统所具有的模型参数不确定性、不确定非线性以及外干扰,为实现气缸的高精度运动轨迹跟踪控制,设计了基于标准投影映射的自适应鲁棒控制器。该控制器通过在线最小二乘参数估计来减小模型中参数不确定性,利用基于反步法设计的非线性鲁棒控制来抑制参数估计误差、不确定非线性以及外干扰的影响,从而保证一定的瞬态性能和高的气缸运动轨迹控制精度。由于运用了标准投影映射以保证在线参数估计有界,控制器的两个部分可以独立进行设计。试验表明,所设计的控制器能获得良好的轨迹跟踪控制性能,对干扰具有较强的性能鲁棒性,系统跟踪幅值为0.09 m,频率为0.5 Hz的正弦期望轨迹时,最大绝对跟踪误差为1.51 mm,标准跟踪误差0.72 mm。     

某大微客动力总成悬置系统的鲁棒优化设计

采用ISIGHT软件对某大微客动力总成悬置系统进行解耦优化。建立了悬置系统6自由度模型,以悬置系统6自由度解耦率最大为优化目标,各悬置的刚度、位置参数为设计变量,建立了悬置系统鲁棒优化模型。采用一阶泰勒级数展开方法计算目标函数和约束条件的统计特性,组合修正可行性方法和混合整数最适法算法求解6σ鲁棒优化问题。将优化解视为具有正态分布的随机变量,应用蒙特卡洛法对悬置系统进行鲁棒性分析,验证了鲁棒优化结果更加稳定。     

考虑摩擦力矩扰动的电液位置系统鲁棒自适应控制的研究

对电液摆动位置系统考虑了摩擦力矩干扰，并且模型算法采用基于bristle模型的动态摩擦力模型，线性参数与非线性参数同时在线估计。基于Lyapunov函数设计了鲁棒自适应控制器，和传统的控制性能相比，该系统具有跟踪性好，低速性能优等特点。     

摩擦力不确定的机器人液压驱动器的精确控制

基于H∞鲁棒控制器来改善机器人液压系统位置控制性能。首先经液压动力学和机械动力学分析,建立液压驱动系统的数学模型,摩擦力采用Dahl模型。然后按系统参数标称值设计基于混合灵敏度的H∞鲁棒控制器,对权值函数进行优化选择。最后经仿真和实验验证得出如下结论：该控制方法可以有效抑制摩擦力参数误差对位置跟踪控制的影响,尤其在速度换向时摩擦力模型的不确定性产生的影响,显著减小了位置跟踪误差,且该控制器稳态和过渡性能都优于传统PID控制器。     

μ理论在柔顺力控制中的应用

研究μ理论在柔顺力控制系统中的应用。为模拟空间对接强制校正阶段的推出和拉近过程,提出基于6自由度并联机器人位置内环的柔顺力控制策略。描述基于位置内环的柔顺力控制系统串级控制结构,阐述用经典控制策略实现柔顺力控制的方法。综合考虑参数变化、模型变动和外来干扰等不确定性,利用μ综合控制理论设计鲁棒力控制器。给出鲁棒力控制系统回路中加权函数的详细选取方法和鲁棒力控制器的设计过程。通过μ分析比较鲁棒力控制器和经典力控制器的鲁棒稳定性和鲁棒性能。通过鲁棒力控制器和经典力控制器进行柔顺力控制试验,结果表明了所设计鲁棒力控制器的有效性和优越性。     

电动助力转向系统的鲁棒H∞控制研究

电动助力转向系统（Electric Power Steering,EPS）中,机械摩擦、传感器噪声和路面干扰等不确定因素将降低EPS的助力跟踪性能、转向轻便性和鲁棒稳定性。针对该问题,以电动助力转向的助力跟踪性能、转向路感和车辆操纵稳定性为控制目标,基于电压补偿控制,设计了鲁棒H∞控制器。利用MATLAB/SIMULINK搭建了EPS控制模型、二自由度整车模型、轮胎模型,在单位阶跃操纵力矩作用下,仿真对比了电压补偿控制和基于电压补偿的鲁棒H∞控制的仿真响应情况,结果表明基于电压补偿的鲁棒H∞控制具有更好的助力跟踪性能、转向路感和鲁棒稳定性。     

双阀并联电液位置控制系统研究

讨论了一类电液位置控制系统,它由一个可连续调节流量的小流量阀和一个开关型的大流量阀并联组成。对其稳定性条件、位置控制性能等进行了分析,并以比例阀和开关阀并联系统为例,说明此类系统成本低廉,避免运用昂贵的大流量电液伺服阀,特别适用于那些需要快速定位,定位精度高,并且工作时仅在小范围内需要调整的电液位置控制系统。     

具有状态约束的电液伺服系统模型参考鲁棒自适应控制

针对电液伺服系统中的模型不确定性和状态约束问题,设计了一种模型参考鲁棒自适应控制(MRRAC)方法。将电液伺服系统的近似模型作为模型预测控制(MPC)的设计对象,在设计过程中考虑状态约束,并生成受约束的状态期望,作为后续伺服控制方法的参考指令。为了克服液压系统中的模型不确定性,基于反步法设计了鲁棒自适应控制器(RAC),实现了兼顾模型不确定性和状态约束的伺服控制。基于Lyapunov稳定性理论证明了所设计控制策略的闭环渐近稳定性,且系统所有信号均有界。仿真结果表明,控制器对于系统模型不确定性具有较强的鲁棒性,且可实现对指定状态的有效约束,充分验证了该控制策略的有效性。     

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。     

四旋翼飞行器的自适应鲁棒滑模控制器设计

针对四旋翼欠驱动系统的姿态控制问题,提出一种自适应鲁棒滑模控制方法。对四旋翼系统实现了双环控制,内环为姿态控制,外环为位置控制。根据牛顿-欧拉方程建立了四旋翼系统的动力学模型,针对系统中的外部扰动和参数摄动等不确定性因素,设计了基于Lyapunov稳定控制算法,内环使用自适应鲁棒滑模控制;外环使用鲁棒控制。仿真和实验表明所提控制策略对外界扰动和模型的不确定性具有较强的鲁棒性。     

SLIDING MODE CONTROL FOR ACTIVE AUTOMOBILE SUSPENSIONS

ＳＬＩＤＩＮＧＭＯＤＥＣＯＮＴＲＯＬＦＯＲＡＣＴＩＶＥＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥＳＵＳＰＥＮＳＩＯＮＳ①ＺｈａｎｇＪｉａｎｗｕＬｉｕＸｉｎｌｉａｎｇＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＡｂｓｔｒａｃｔＮｏｎｌｉｎｅａｒｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈ...     

基于H∞控制理论的交流伺服系统控制器设计

为了抑制模型摄动及外部干扰对永磁同步电动机（PMSM）交流伺服系统的影响,根据永磁同步电动机的鲁棒控制模型设计了鲁棒H∞反馈控制器,采用鲁棒H∞反馈控制器对电流环的电流突变进行了补偿,减少了负载阻力、端部效应等外部扰动对系统性能的影响。仿真结果表明：鲁棒H∞控制具有良好的鲁棒稳定性和抗干扰性。     

电液马达伺服系统积分鲁棒自适应高精度位置控制

电液马达伺服系统中存在各种类型的扰动,包括参数不确定性和不确定非线性,制约着其高精度位置控制。针对电液马达伺服系统高精度位置跟踪控制,考虑系统的黏性摩擦特性以及外干扰等建模不确定性,提出了一种基于鲁棒自适应的电液马达伺服系统高精度位置控制策略。所提出的全状态控制器通过自适应对模型不确定性进行估计及前馈补偿,提高了系统的低速伺服性能;通过自适应对未建模干扰等不确定性的上界进行估计并前馈补偿,提高了系统对外干扰的鲁棒性。所设计的闭环控制器还能保证系统获得渐近跟踪性能,对比仿真验证了其可行性。     

Robust integral of neural network and precision motion control of electrical–optical gyro-stabilized platform with unknown input dead-zones

Parametric uncertainty associated with unmodeled disturbance always exist in physical electrical–optical gyro-stabilized platform systems, and poses great challenges to the controller design. Moreover, the existence of actuator deadzone nonlinearity makes the situation more complicated. By constructing a smooth dead-zone inverse, the control law consisting of the robust integral of a neural network (NN) output plus sign of the tracking error feedback is proposed, in which adaptive law is synthesized to handle parametric uncertainty and RISE robust term to attenuate unmodeled disturbance. In order to reduce the measure noise, a desired compensation method is utilized in controller design, in which the model compensation term depends on the reference signal only. By mainly activating an auxiliary robust control component for pulling back the transient escaped from the neural active region, a multi-switching robust neuro adaptive controller in the neural approximation domain, which can achieve globally uniformly ultimately bounded (GUUB) tracking stability of servo systems recently. An asymptotic tracking performance in the presence of unknown dead-zone, parametric uncertainties and various disturbances, which is vital for high accuracy tracking, is achieved by the proposed robust adaptive backstepping controller. Extensively comparative experimental results are obtained to verify the effectiveness of the proposed control strategy.     

基于定量反馈理论的液压机器人单关节鲁棒控制器

液压机器人单关节性能直接影响机器人整体控制性能,液压系统参数的不确定性和时变性降低了机器人单关节控制精度和响应速度,因此要求机器人单关节控制器具有鲁棒性。建立了伺服阀控制摆动液压缸数学模型,分析了系统参数的不确定性,应用定量反馈理论 (QFT)设计了单关节鲁棒控制器。仿真表明,该控制器对斜坡干扰和正弦干扰都具有较强的鲁棒性,实验验证了控制算法的正确性。     

Gray-box modeling and QFT control for precision servo transmission systems

Precision servo transmission systems have widely been applied in industrial equipment to achieve high accuracy and high speed motion. However, due to the presence of friction and uncertainty, the characteristics of precision servo transmission systems are variant depends on the working conditions, leading to oscillation and instability in the system performances. In this paper, a grey-box model of the system is established, the model structure derived from the theoretical modeling and the model parameters are obtained by experiments using set membership identification method. This paper proposes two-degrees of freedom (2-DOF) robust position controller for a precision servo transmission system, based on the quantitative feedback theory (QFT), to achieve high accuracy and consistent tracking performance even in presence of considerable system uncertainties and friction disturbances. The results of simulate and experiment validate the effectiveness of the proposed controller.     

基于单片机的随动控制系统设计

介绍了以51单片机为控制核心的数字式随动控制系统的硬件组成及软件设计。整个系统为一个三闭环的复杂多功能控制系统。其中两个模拟内环为电流环和速度环，数字外环（位置环）采用三只高精度的14位绝对式轴角编码器作为角位移传感器。该系统具有结构简单，接口功能强大，通用性强等特点，可广泛应用于负载较大的机电设备的伺服控制中。