基于多采样率控制的伺服系统摩擦补偿研究

摩擦是造成伺服系统在低速、速度换向等条件下精度严重下降的强非线性因素之一。采用基于模型的摩擦补偿可以有效地预测摩擦力,并实现误差补偿。在高速、高加速度的条件下,换向时摩擦变化剧烈,且过渡时间较短,采用单采样率控制补偿器结构很难实现较好的补偿效果,因此提出一种基于多采样率的摩擦补偿器结构。该补偿器利用伺服系统多环、多采样率的结构特点和指令轨迹细化方法,在不改变系统控制器结构和稳定性的条件下,通过分离前馈补偿器和反馈控制器的采样周期,以实现更为精细的前馈摩擦补偿量计算。实验结果表明,多采样率摩擦补偿器结构能够充分利用伺服控制器的结构特点和摩擦模型的预测结果,而且避免了复杂控制器的设计过程,取得了更有效的摩擦误差补偿效果。     

基于重复控制的DSTATCOM补偿电流控制

针对配电网负载多样、谐波污染严重的情况,为提高配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)的无功补偿性能以及低次谐波抑制能力,提出比例积分(PI)与重复控制相结合的电流控制策略,利用PI控制器低频段优越的动态性能和鲁棒性,快速补偿基波无功,并利用重复控制器对周期信号的高跟踪精度,修正PI的谐波跟踪误差。频率特性分析表明,该控制策略可以有效消除传统PI控制在中频段的相位滞后,提高谐波补偿精度。为了提高装置补偿的灵活性和稳定性,通过谐振控制器构造带通滤波器,进行指令选择性提取,针对性补偿危害严重的特征次谐波,并避开系统谐振频率。实验结果验证了所提出控制策略的有效性。     

基于FPGA和DSP的高性能伺服控制器设计

针对高性能伺服控制器对复杂的控制算法以及较小延时的需求,研究了一种基于FPGA和DSP的高性能伺服控制器设计方法。FPGA完成电流环、坐标变换、空间脉宽矢量调制、电流位置读取,DSP则负责速度环、位置环和上位机通信,使系统既能实现复杂的控制算法,又能将延时控制到最小,从而保证控制器的最佳性能。此外,详细介绍了两者之间的通信方式以及三环控制器设计。试验数据结果表明,伺服控制器速度环带宽能达到100 Hz,额定转速下稳速精度在1 r/min以内,定位精度能达到0.02°,证实了该控制器结构的实效性。     

永磁直线同步电机的双闭环鲁棒补偿控制

针对永磁直线同步电机的控制系统易受参数变化、传输延迟及外部扰动影响的问题,提出一种鲁棒补偿控制器和时间延迟补偿器相结合的控制方案用于电流环和速度环的双闭环控制.鲁棒补偿控制器由一阶参考模型的逆函数、一个输入项和一个积分项组成.系统延迟补偿器采用逆系统延迟模型来补偿系统传输延迟效应.该复合控制方案可以减少由于参考模型与未...     

电液伺服试验系统多变量控制的新方法

提出了一种基于小波变换的“主控制器”结合“模糊控制器”的复合控制策略 ,并用于电液伺服试验系统的多变量控制。主控制器由一个包含PID控制规则的神经网络构成 ,在整个系统控制中起着主导作用 ;“模糊控制器”的作用是实施补偿控制 ,保证系统响应的快速性。仿真试验结果证明 ,该方法具有良好的自学习和自适应解耦控制性能 ,能有效地提高系统的稳态精度 ,使系统具有较强鲁棒性 ,并具有响应速度快、超调量小等特点。     

基于LCL滤波器的光伏并网复合控制策略

针对滞环控制精度低的问题,提出一种将滞环控制与重复控制有机结合的复合控制方法。复合控制保留了滞环控制良好的动态性能和重复控制较高的稳态精度性能。在此基础上,一方面提出了基于LCL滤波器的自适应变环宽滞环控制策略,另一方面,提出应用于LCL型逆变器的重复控制器,采用一阶超前环节进行相位与幅值补偿;利用陷波器消除LCL谐振尖峰,采用二阶滤波器进行高频衰减。最后在MATLAB/Simulink平台上仿真验证了复合控制方法的有效性。     

一种改进伺服控制系统跟随特性的方法

为了提高伺服控制系统动态跟随误差的精度,在三环伺服控制系统的基础上,提出了一种经典控制和智能控制相结合的方法.利用误差补偿的思想,在位置环上采用按给定输入补偿的复合控制方法进行误差补偿,提高系统动态跟随精度.采用模糊PD参数自整定控制的思想,在位置环上设计了智能模糊控制器,对前向通道PD调节器的参数进行优化.仿真结果表明,与PD控制系统相比较,系统的动态误差精度从10-3提高到10-4,明显地增强了系统的动态跟随特性,并使系统具有较强的鲁棒性.     

高精确度飞行仿真转台内框控制摩擦补偿研究

为了实现高精确度飞行仿真转台直流力矩电机驱动内框的低速伺服目标,提出了在输入前馈和闭环PID控制的复合控制基础上构建Stribeck摩擦模型的等效控制电压模型进行摩擦超前补偿策略.首先针对转台内框伺服特性分析设计了复合控制策略;其次针对常规基于Stribeck模型摩擦补偿方法的不足和实验法辨识模型参数难的特点,提出利用转台内框本身的部件直接测定摩擦超前补偿的控制电压模型,并给出了3个关键参数的测定办法;最后将设计好的控制器用于内框低速伺服.实验结果表明,系统响应幅值为0.03°,频率为0.000 5 Hz三角波时跟踪误差在95%时间内在0.000 1°内,并对其他形式信号也有很高的动态跟踪精确度,从而证明在以非线性摩擦为主的扰动条件下所设计的控制策略能实现内框高品质低速伺服.     

航空机电作动伺服系统复合控制策略研究

针对航空机电作动伺服系统中存在的外界负载扰动、内部未建模动态和参数时变等会严重影响伺服精度的问题，提出了线性扩张状态观测器和全局滑模控制相结合的复合控制策略。建立机电作动伺服系统的非线性状态空间模型，并将建模误差及未建模动态视为未知干扰。通过构建线性扩张状态观测器，实时估计系统扰动，以在设计全局滑模控制律时对其补偿，降低控制律中的不连续项增益，削弱控制量抖振带来的影响。应用Lyapunov方法证明闭环控制系统渐近稳定。理论分析和实验结果表明所提控制方法能有效提高系统的位置伺服精度和抗干扰性能。     

两相行波超声波电机的转速和位置伺服控制

采用频率、电压幅值双变量复合控制策略,对行波超声波电机进行速度控制,并在此基础上设计并实现了位置伺服控制.系统中所有控制器均为PID控制,并根据需要在转速起动控制中采用PID控制参数自适应调节,以提高系统鲁棒性.实验表明,控制方法简单、有效.     

永磁伺服系统转速跟踪控制与数据驱动的参数设计方法

在永磁伺服控制系统中,传统的转速控制策略在低频段存在幅值与相位偏差问题,降低了转速跟踪控制精度。为解决该问题,该文提出了一种高精度的转速跟踪控制策略与数据驱动的参数设计方法。主要思路是在转速控制环节串联一个滞后-超前补偿器,用以校正低频段的幅值与相位;以低频段补偿后的幅值及相位误差最小为优化目标,同时约束补偿器在全频带范围内的最大幅值增益和相移,设计了一种数据驱动的补偿器参数优化方法,并对补偿后控制系统的性能进行了分析评估。实验结果表明,基于实验数据所设计的补偿器在转速指令频率小于1 rad/s的低频段区间内,转速跟踪误差小于2 r/min,相较于传统方法控制精度显著提升;在跟踪转速阶跃指令时,该文方法和传统方法的控制效果相当,这说明该文方法在改善低频段跟踪性能的同时,保持了控制系统在中高频段原有的幅频和相频特性。     

单相PWM整流器比例谐振控制与前馈补偿控制

提出了单相PWM整流器比例-谐振控制(PR)与无延迟前馈补偿控制的策略。系统由比例-谐振控制器、快速的相角估计器和无延迟前馈补偿器组成。与传统的PI控制器和多频率比例-谐振电流控制器相比,该比例谐振控制器结构简单,能显著减少控制延迟时间。通过理论分析,提出的用电网电压和电流的估计值与单步预测值来实现的无延迟前馈补偿器,可避免因延时引起的不良影响、测量噪音及补偿过程中产生的电网电压谐波分量。仿真分析与实验结果验证了系统具有较好的稳态性能和更好的抗扰性能。     

单相PWM整流器比例谐振控制与前馈补偿控制

提出了单相PWM整流器比例-谐振控制(PR)与无延迟前馈补偿控制的策略.系统由比例-谐振控制器、快速的相角估计器和无延迟前馈补偿器组成.与传统的PI控制器和多频率比例-谐振电流控制器相比,该比例谐振控制器结构简单,能显著减少控制延迟时间.通过理论分析,提出的用电网电压和电流的估计值与单步预测值来实现的无延迟前馈补偿器,可避免因延时引起的不良影响、测量噪音及补偿过程中产生的电网电压谐波分量.仿真分析与实验结果验证了系统具有较好的稳态性能和更好的抗扰性能.     

基于模糊和预补偿的多电机控制系统的研究

针对传统固定增益补偿器同步精度低和补偿速度慢等缺点,提出一种模糊与预补偿函数同时作用的新型同步补偿器。同时,改变以往只针对同步补偿策略进行改进的局限性,采用提高跟踪控制器性能来改善同步性能的方法,设计了带有负载转矩反馈的滑模控制器。仿真实验表明,新型同步补偿器相对于固定增益补偿器具有更高的同步精度和更快的补偿速度;设计的带有负载转矩反馈的滑模控制器对整体系统的鲁棒性及同步精度都有较大改善。     

基于CMAC神经网络的超磁致伸缩非线性控制

对于超磁致伸缩材料固有的迟滞非线性特性，本文提出一种基于小脑模型神经网络(CMAC)前馈逆补偿与PID相结合的复合控制方法。首先利用CMAC神经网络学习获得超磁致伸缩致动器(GMA)的迟滞逆模型进行补偿，再利用CMAC模型在线快速学习适应的能力，结合PID控制器降低跟踪控制时的误差和扰动，从而实现GMA的精密控制。通过MATLAB建立了CMAC前馈逆补偿控制器和CMAC-PID复合控制模型，最后通过仿真实验验证所提方法的有效性。结果表明，提出的利用CMAC神经网络逼近的迟滞模型具有令人满意的精度，在CMAC-PID复合控制方案的作用下，系统的期望位移与实际位移相对误差值最大值仅2.39%,平均相对误差值不到0.5%。说明该控制策略能适应控制对象的非线性变化，有效地提高GMA的跟踪精度。     

消振作动器伺服控制系统策略研究

针对主动消振用电力作动器及其控制系统的特征,建立了电力作动器的数学模型,并研究了基于电力消振作动器用双电机伺服控制系统策略。分析了伺服三环控制策略,并对各环路参数进行整定。同时针对偏心轮式负载的周期性脉动转矩对系统输出力的影响,建立了偏心轮周期性脉动负载模型,通过负载前馈策略来抑制负载周期性的脉动。最后,对上述系统进行了仿真和实验,实验结果显示输出力的力幅误差降低至5%,力幅变化300N所需的时间小于0.5s,满足系统减振的指标要求,实现了优化伺服控制策略的目的。     

基于再置控制的船舶减摇系统

为了给控制系统提供一个纯超前的相角,提出了一种再置控制器。再置控制是指当输入过零时积分器的状态就被置零。所提出的再置控制器是一个一阶的再置环节(FORE)加一个补偿器。采用描述函数分析了再置控制器的频率响应,指出所给出的再置控制器可以在所要求的频段上提供一个大的正相角而增益特性保持为0 dB/dec,所以再置控制器更适合于用来补偿控制回路中的纯相位滞后。作为再置控制器的应用实例,研究了船舶的舵减摇系统。从舵角到横摇之间的动态特性是一种非最小相位系统的特性,所以用再置控制器来补偿这个由非最小相位零点造成的大相角滞后。减摇系统的仿真结果验证了这种迟后补偿的有效性。     

高精度永磁直线同步电动机伺服系统鲁棒位置控制器的设计

详细地介绍了高精度,微进给永磁直线交流同步电动机（ＰＭＬＳＭ）驱动系统鲁棒位置控制器的设计,首先,在空载情况下,由静态实验获得非线性摩擦系数模型,通过前馈磨擦补偿器补偿非线性摩擦,其次,由递推最小二乘估计器ＲＬＳ和负载扰动力观测器构成的估计器,估计动子质量,粘滞摩擦系数我载扰动力,设计积分一比例ＩＰ位置控制器以满足跟踪指令和抑制扰动,将观测的负载扰动力前馈,进一步增强系统的鲁棒性。     

直线电机的线性自抗扰控制

光刻机的工件台是高动态精密伺服运动平台,它要求在系统高速运动的同时,采用长行程直线电机宏动跟随音圈电机高精密微动的驱动方式,实现系统纳米级的精确定位及跟踪。为减小微动电机的运动范围和加速度,必须提高直线电机的跟踪精度。针对该系统的直线电机模型设计了一种线性自抗扰控制方法,该方法的控制器首先通过扩张状态观测器观测系统的动态变化,补偿系统中的各种扰动,再运用前馈对系统的跟踪误差进行补偿,减小系统的动态跟踪误差。在此复合控制方式下,控制器实现了自抗扰控制,前馈控制器很好的补偿了误差,从而提高了系统的抗干扰和跟踪性能。实验表明,该方法与传统的控制方法相比,改善了系统的动态性能和抗干扰能力。     

基于神经网络的机械臂电机速度控制器的片上可编程系统

针对机器人伺服控制系统高速度、高精度的要求,介绍了一种全数字化、基于神经网络控制的直流电机速度伺服控制系统设计方案。速度控制器采用BP网络参数辨识自适应控制,并将其在一片现场可编程门阵列(FPGA)中硬件实现,同时以NiosII软核处理器作为上位机,构成一个完整的速度伺服控制器的片上可编程(SOPC)系统。试验结果表明,该系统具有较高的控制精度、较好的稳定性和灵活性。