电液舵机的自抗扰控制研究

采用直驱式伺服控制的新型电液舵机系统具有非线性程度高、系统响应慢、易受外界负载扰动等特点,传统的PID控制器无法抵抗外界干扰,对大工况变化系统控制效果差。为克服传统PID控制器的缺点,安排了过渡过程,调节系统的响应过程以降低启停过程的动态冲击;设计了扩张状态观测器,估计补偿系统受到的水动力负载扰动;进一步通过非线性控制规律组合,增加了系统的响应速度。基于设计的自抗扰控制器,采用了MATLAB和AMESim联合仿真研究。与传统的PID控制器对比:运用自抗扰控制的电液舵机,启停过程更加平滑;控制特性不变的情况下系统抗干扰能力得到进一步增强。     

基于直线音圈电机运动平台的线性自抗扰控制研究

运动平台是机床设备中重要的组成部分,广泛使用的机械导轨式运动平台定位精度难于突破微米级,摩擦是影响机械导轨式运动平台定位精度的主要原因。为解决摩擦作用导致的运动平台动态性能难以提升的问题,针对直线音圈电机运动平台设计了一种线性自抗扰控制器。将PD控制器和带模型信息的扩张状态观测器相结合,带模型信息的扩张状态观测器可以根据控制输入量和位置误差估计出平台运动过程中受到的摩擦力,并在控制输入量中进行补偿。该观测器很好地补偿了摩擦扰动,从而提高了系统的鲁棒性和跟踪性能。仿真实验表明：该线性自抗扰控制器与PID控制器相比,可有效提高直线音圈电机运动平台的动态性能。     

电液位置伺服系统高增益自抗扰控制

针对电液位置伺服系统采用自抗扰控制策略时,存在因系统阶数过高导致状态观测器需观测的变量多、观测信息相位滞后以及易引起系统响应滞后及超调等问题,采用高增益自抗扰控制方案。对系统模型进行降阶处理,以简化控制器结构,减少待整定参数;在传统扩张状态观测器的基础上,进一步对系统总扰动的微分信号进行观测,观测系统扰动的变化趋势,产生有效的超前补偿信号,从而提高系统控制性能及抗扰能力。最后,通过MATLAB与AMESim进行联合仿真。结果表明：该控制方案相比于传统自抗扰控制,系统超调量降低85%,响应速度提高47.7%,并有效提高了系统抗干扰能力,具有更优良的动态及稳态性能。     

轧机液压APC系统的自抗扰控制研究

考虑到液压APC系统存在不确定负载干扰和未建模动态的特点,首先建立了液压APC系统的模型,将不确定性负载扰动和未建模动态视为一个综合扰动项,然后利用扩张状态观测器（ESO）对其进行观测和补偿,并基于自抗扰控制技术设计了一个不依赖于对象模型的控制器。仿真结果表明：该控制器不仅有效地抑制了不确定负载扰动对系统的影响,同时对受控对象模型参数的变化也具有较强的鲁棒性。     

基于自抗扰控制器的测厚仪反馈式控制系统

综合考虑测厚仪反馈AGC系统轧制时存在厚度反馈时滞以及外干扰,提出将自抗扰控制技术运用于测厚仪反馈型AGC系统,设计一自抗扰控制器用来减弱厚度反馈时滞和外干扰给系统带来的不利影响.仿真结果证明该控制器能有效地抑制干扰、减小时滞对板带出口厚度的影响,其控制性能优于常规的PID控制器,为带钢厚度精度的提高提供了一种新的解决办法.     

电液位置伺服系统降阶自抗扰控制

针对传统自抗扰控制应用于电液位置伺服系统时存在观测器阶数过高,造成状态观测器观测变量多、负担重、相位滞后严重及系统响应超调大等问题,采用降阶自抗扰控制方案进行处理。将系统位置信息视为已知,以降低观测器阶数,可有效削弱观测滞后、降低系统超调、提高系统抗扰能力,同时减少了控制器待整定参数,提高系统的稳定性。采用MATLAB与AMESim进行联合仿真。结果表明：与采用传统自抗扰控制器的系统相比,采用该控制策略的系统超调量降低79.8%,调整时间缩短22.7%,改善了电液位置伺服系统的控制性能,具有更优的抗扰性能。     

改进自抗扰的PMSM双环伺服系统控制研究

永磁同步电机(PMSM)在电机参数本身变化和外部负载干扰等复杂环境下,传统控制方法无法满足伺服系统对于精度高、抗扰性强和稳定性好的要求。针对该问题,提出一种改进自抗扰(ADRC)的双环控制策略。结合PMSM控制模型和ADRC参数在PMSM中的实际物理意义,设计了改进扩张状态观测器(ESO)的二阶非线性自抗扰控制器实现对位置和速度的联合控制,简化了控制结构以提高伺服系统响应速度,设计了一阶线性自抗扰控制器实现对电流的控制,减小其对外环的影响以进一步提高伺服系统对高性能要求,给出了双环控制器一整套参数整定方法。在MATLAB/Simulink上的仿真实验结果表明,相较于标准ESO,改进ESO更加遵循实际,整个控制策略对于负载扰动和参数摄动表现出很好的抗扰性能和控制精度。研究结果表明,该控制策略能够有效满足PMSM伺服控制系统对高性能的要求。     

基于柔性铰链结构的二维微动工作台研究

重点介绍了一种基于PZT驱动的双柔性平行四连杆结构二维微动工作台.推导了柔性铰链各尺寸对固有频率的影响公式,并用有限元参数化分析方法,找到对固有频率影响较大的参数.将有限元模态分析值和实验测试结果相比较,探讨影响微动工作台动态性能的综合因素,为微动台的设计提供理论和实验依据.     

光电稳定平台的模型修正自抗扰控制

针对光电稳定平台易受摩擦力、载体运动姿态变化等扰动影响导致稳定精度降低的问题,提出一种模型修正自抗扰控制方法。根据系统辨识获得的光电稳定平台模型参数信息,设计模型扩张状态观测器准确估计系统各阶状态变量,在控制律中对总扰动进行补偿,将被控对象模型改造成准确的辨识模型形式,并基于该辨识模型设计误差反馈控制器,实现对光电稳定平台的稳定控制。实验结果表明,所提方法在低速跟踪正弦信号的实验中表现出更好的跟踪性能;对于载体运动带来的速度扰动,模型修正自抗扰控制方法的稳定精度有了明显提升。从而验证了本文方法在光电稳定平台速度跟踪和扰动抑制方面的良好性能。     

音圈电机驱动微定位平台线性自抗扰滑模控制

针对音圈电机驱动柔性微定位平台控制速度和精度低以及抗干扰能力弱等问题,设计了一种将滑模控制和线性自抗扰控制相结合的复合控制器来提高平台系统的控制性能。首先,搭建了音圈电机驱动复合双平行四杆柔性机构的微定位平台和实验系统,并进行了系统辨识;其次,设计了线性自抗扰控制器,利用线性扩张状态观测器估计系统的内外扰动并在线进行扰动补偿,针对线性自抗扰控制器性能优化上的局限性,提出滑模控制器解决相位滞后问题来进一步提升轨迹跟踪精度;最后,利用所搭建的实验平台对控制方法进行了实验验证。结果表明,滑模和线性自抗扰复合控制器能够很好地克服内外干扰,与经典PID控制和单独的线性自抗扰控制相比,跟踪正弦波信号的最大误差分别减小了52.98%和21.26%,满足了微定位平台高精高速的控制要求。     

粒子群算法优化的液压球形关节自抗扰控制研究

以液压球形关节为研究对象,针对其多输入多输出、非线性和模型不确定性等特征,采用一种基于改进型粒子群算法(PSO)参数自整定的自抗扰控制器(ADRC)。分析ADRC各参数的意义和整定原则,采用改进的非线性动态方式更新PSO的惯性权重,并引入基于时间乘以绝对误差积分的优化准则(ITAE),运用改进型PSO在线自整定ADRC的参数。利用MATLAB/Simulink建立控制系统仿真模型,结果表明：与传统ADRC相比,经过改进型PSO参数优化的ADRC具有更好的控制性能,在α和β运动方向上超调量分别减小0.3、0.13 rad,调节时间分别缩短0.98、0.59 s。     

大行程直线运动平台自抗扰控制

大行程直线运动平台是复杂的非线性时变系统,系统的不确定因素较多。针对平台运动过程中受到的内扰和外扰问题,采用线性自抗扰控制进行控制。建立系统的动力学模型,分析系统非线性的原因;将系统的速度、位移作为状态变量,设计一个线性自抗扰控制器。将异于积分标准性系统的部分视为系统的总扰动,并在控制器中进行补偿。在仿真与工程实验中,分别加载S形曲线、正弦曲线运动,并进行抗扰性实验,将实验结果与PID控制算法进行比较。实验结果表明:在外部条件相同的情况下,线性自抗扰控制器不仅响应速度快、精度高,并且具有较强的鲁棒性,具备较好的工程应用前景。     

永磁同步电机的时间尺度自抗扰控制参数整定

针对永磁同步电机(PMSM)复杂、强耦合的非线性特点,同时传统PI控制算法控制精度不高、响应速度慢等特点,提出了一种基于时间尺度参数整定的自抗扰控制(ADRC)PMSM控制策略。在传统的ADRC的基础上分析时间尺度研究参数整定问题,理论分析后得出PMSM的时间尺度,结合时间尺度与ADRC参数的关系进行参数整定。仿真结果表明,该方法在ADRC控制下有良好的动态性能并且对不同的PMSM均具有良好的鲁棒性和抗干扰能力。     

压电驱动的快刀伺服器的迟滞逆模型辨析与自抗扰复合逆控制

为了提高具有表面微结构零件的超精密加工中快刀伺服器的轨迹预测和跟踪精度与抗干扰性,设计一种新型复合控制:在前馈控制器中用Preisach逆模型补偿系统中压电陶瓷驱动器引起的非线性特性;针对前馈控制器未能补偿的非建模扰动、模型参数的不确定性以及其他外界未知扰动,设计了自抗扰控制作反馈控制器。推导了Preisach逆模型;用RBF神经网络实现了Preisach逆模型对压电陶瓷驱动器的线性化补偿;通过对快刀伺服器的建模分析,得到惯性环节和二阶振荡环节串联的等效模型,设计三阶四维扩张状态观测器,可对未知扰动的观测结果作出实时估计和补偿。根据快刀伺服器和超精密车削的特点,取消跟踪微分器,增加速度输入和加速度输入,设计了改进的自抗扰控制器。上述两种控制器组合成复合控制器。实验表明,该复合控制方法可以提高预测和跟踪精度与抗干扰性。     

基于模型线性自抗扰的PMLSM位置控制

永磁直线同步电机(PMLSM)由于受到摩擦力变化和外部扰动等不确定性的影响,降低了伺服系统的位置控制精度.针对该问题,提出了一种基于模型信息的线性自抗扰控制算法.将PMLSM运行过程中受到所有的不确定性归为未知总扰动,建立了简化的PMLSM伺服系统控制模型.设计了融合模型参数信息的模型线性扩张状态观测器和带有加速度前馈...     

自抗扰控制在快刀伺服系统控制中的应用

为了提高微结构自由曲面光学元件超精密加工中快刀伺服系统的跟踪精度和抗干扰性,引入自抗扰控制器。通过对快刀伺服刀架进行建模分析,得到惯性环节和二阶振荡环节串联的等效模型。根据低阶自抗扰控制器控制高阶系统的理论,设计出二阶三维扩张状态观测器,可对来自各种干扰源未知扰动的观测结果做出实时估计和补偿。设计出自抗扰控制器,并给出了参数整定的规则。数字仿真实验表明:自抗扰控制器具有良好的控制品质,应用在快刀伺服系统中可以提高控制系统的跟踪性能和抗干扰性。     

基于模糊自抗扰的镜像加工稳定支撑控制北大核心

针对大型薄壁零件镜像加工过程中的稳定支撑问题,提出了基于模糊自抗扰的力/位混合控制策略。通过支撑-工件系统模态锤击实验,分析了磁流变集成支撑装置线圈中电流变化对系统模态参数的影响。设计了支撑侧基于模糊线性自抗扰控制(FLADRC)的力/位混合柔顺控制策略,通过MATLAB/Simulink仿真实验平台建立了系统控制模型并进行了仿真分析。仿真结果表明,相较于传统PID控制,FLADRC对目标函数跟踪速度快、误差小,鲁棒性与自适应能力强。通过薄壁件镜像铣削实验验证所设计控制策略的有效性。研究结果表明,该控制策略可有效维持工件加工时支撑侧的稳定支撑。     

关节空间内工业机器人抗干扰轨迹跟踪控制

针对工业机器人在关节空间内轨迹跟踪精度差和易受集总干扰影响等问题,提出一种基于非线性扰动观测器的快速连续非奇异终端滑模控制策略.根据拉格朗日方程推导出四轴工业机器人的动力学模型,获得系统的输入输出关系.引入非线性扰动观测器对集总干扰进行估计与补偿,设计快速连续非奇异终端滑模控制器来加快系统状态量的收敛速率,提高关节空间...     

插装式比例节流阀自抗扰控制研究

为了克服插装式比例节流阀中流量增益非线性、液动力、摩擦力等多种非线性扰动对阀芯控制性能的影响,提出了三阶自抗扰非线性控制策略。以DN80大流量插装式比例节流阀为研究对象,通过系统辨识的方法建立了较准确的数学模型,并进行了验证。在此基础上设计了三阶自抗扰控制器,并对设计的控制器参数进行了整定优化。通过仿真和实验分别对插装式比例节流阀主阀芯的阶跃响应的快速性和抗干扰特性进行了研究。结果表明:采用自抗扰控制下的主阀芯在阶跃激励下的响应和抗干扰能力方面明显均优于PID控制,系统具有较好的动静态性能和鲁棒性。