航空光电稳定平台质量不平衡力矩的前馈补偿

讨论了旋翼直升机高频振动时产生的质量不平衡力矩对航空光电稳定平台性能的影响。基于传统光电稳定平台电流反馈、速度反馈、位置反馈的三闭环控制系统提出了一种基于系统模型的质量不平衡力矩前馈补偿方法。该方法通过标定平台质量偏心,利用加速度传感器获取平台加速度信号来对平台的质量不平衡力矩进行前馈补偿,实现对平台质量不平衡力矩的抑制,提高光电稳定平台的扰动抑制能力。实验结果表明:相对于传统三闭环控制系统,引入前馈补偿后系统的扰动隔离度至少提高了6.4dB;相对于利用扰动观测器对质量不平衡力矩进行补偿的传统补偿方案,引入前馈补偿的光电稳定平台系统不仅在低频段补偿效果提升约12.9dB,而且克服了扰动观测器在高频时不能补偿质量不平衡力矩带来的影响,使平台在全频段的扰动隔离度都大幅提高,视轴能更好地稳定在惯性空间内,具有较高的实用性和使用价值。     

基于扰动力矩观测器的大口径望远镜低速控制

为了增强大口径望远镜跟踪架伺服控制系统的抗扰动性能,提高其低速跟踪精度,提出了基于扰动力矩观测器的力矩补偿方法。该方法采用改进的加减速法控制转台的加减速时间,使得望远镜转台微震;通过测量电机的速度和电流响应曲线,辨识获得望远镜转台的转动惯量。然后,设计了望远镜转台的加速度估计器,根据编码器位置反馈数据,采用双积分和PD控制的方法,估计出当前系统的加速度。最后,基于转动惯量辨识和加速度估计,设计了扰动力矩观测器,根据电机的电流和转台的加速度,计算出外部的扰动力矩,并将扰动前馈补偿到电流控制器的输入端,以修正电流输入参考值。在2m望远镜控制系统中对扰动观测器的性能进行了实验验证,结果表明,加入扰动力矩观测器补偿后,在跟踪斜率为0.36(″)/s的位置斜坡时,跟踪误差值(RMS)由0.012 7″减小到0.007 3″;相比未加入扰动力矩观测器的补偿方法,望远镜的低速跟踪抖动明显减小,提高了伺服系统的低速跟踪精度,实现了对目标的平滑、稳定跟踪。     

基于扰动前馈补偿的超精密机床伺服控制技术研究

为消除超精密机床伺服系统中各种扰动力矩及系统参数波动对控制系统性能的影响,研究了基于扰动前馈补偿与反馈技术相结合的控制方法。利用扰动前馈控制器实时补偿系统中的扰动力矩,而利用常规反馈控制器保证了系统的良好的动态特性,并将其应用于实际系统中。实验表明该控制策略使系统跟踪速度信号时对各种扰动有良好的抑制能力,系统的最大稳态跟踪误差小于±20nm。     

基于速度信号的扰动观测器及在光电稳定平台的应用

在闭环控制系统中引入了扰动估计和补偿来改善光电稳定平台低速性能,并提高其扰动抑制能力.提出了基于速度信号的扰动观测器,并对其各项性能进行了研究.介绍了常规的基于加速度的扰动观测器的工作原理,指出了它在光电稳定平台应用中存在的问题;通过引入平台的标称模型,构建了基于平台速度信号的扰动观测器,给出了相应的闭环控制系统结构,...     

基于干扰观测和前馈补偿的电动加载复合控制

对于含有舵机位置扰动、模型参数摄动和传感器噪声等多余力的电动加载系统,仅采用传统的速度前馈补偿很难对系统多余力矩进行完全抑制。在传统速度前馈补偿的基础上针对系统扰动问题引入了扰动观测器,并利用改进的干扰观测器对高频噪声进行抑制。再通过微分负反馈阻尼补偿增强控制回路稳定性,利用重复PID控制器进行负反馈控制来改善系统的动态性能。仿真结果表明,该复合控制策略能够在很大程度上提高系统对多余力矩的抑制能力,并改善系统的加载精度。     

基于非线性扰动观测器的永磁同步电机优化控制

为实现永磁同步电机控制的精确可控,提出一种永磁同步电机最优滑模速度控制方法,以非线性扰动观测器为基础,实现最优控制和滑模控制的有效结合,使电机控制过程中的超调现象和启动性能得到较大改善.针对随机扰动问题设计基于观测器(NDOB)的滑模观测器,经过对系统的前馈补偿有效降低了随机扰动影响.理论分析及仿真实验结果表明:该方法有效提高了系统的动态性能和鲁棒性.     

改善电动助力转向系统动态性能的控制策略

为了改善电动助力转向系统的动态性能，在基本助力控制的基础上引入了电机惯量补偿控制、电机阻尼补偿控制和力矩微分控制。由于电机惯量补偿控制和电机阻尼补偿控制中都需要用到电机转速信号，因此又给出了一种电机转速观测器模型。台架试验的结果验证了上述控制策略能够有效地改善电动助力转向系统的动态性能，减小转向盘力矩的振荡，而且所使用的电机转速观测器的精度也基本能够满足控制系统的要求。     

具有抗扰动性能的轧机单独传动系统同步控制

针对轧机单独传动系统中上下轧辊的拖动电机速度同步精度不高、在正弦扰动下同步性能和抗干扰性能较差的问题,以直流调速系统为研究对象,提出了基于Widrow-Hoff学习算法的神经网络同步控制器和扰动观测器相结合的策略。该策略利用神经网络同步控制器实现电机速度同步,利用扰动观测器观测扰动,并将其补偿至电机输入端,以提高抗干扰性能。仿真结果和分析表明,与未引入扰动观测器的两个电机同步控制系统相比,该控制策略能使系统保持较高的同步性能,在轧制钢材时抗干扰能力更强,同步精度更高,速度同步误差保持在0.0005以下。     

提高电动助力转向系统动态性能的控制策略研究及实车试验验证

为了改善电动助力转向系统的动态性能，在基本助力控制的基础上引入了电机惯量补偿控制、电机阻尼补偿控制和力矩微分控制。由于电机惯量补偿控制和电机阻尼补偿控制中都需要用到电机转速信号，因此又给出了一种电机转速观测器模型。实车试验的结果验证了上述控制策略能够有效地改善电动助力转向系统的动态性能，能减小转向盘力矩的振荡和超调量，所使用的电机转速观测器的精度基本能够满足控制系统的要求。     

单神经元PID在多电机同步控制中的应用

针对多电机同步控制系统在动载荷扰动情况下各电机之间的传动比会发生变化这一问题,设计了具有自学习和自适应能力的单神经元PID同步控制算法,建立了多电机同步控制系统的单神经元PID控制规则。系统仿真结果表明,运用单神经元自适应PID控制算法能有效实现多电机同步控制,该算法收敛速度较快,鲁棒性较好,具有较强的抗干扰能力。最后,将该控制算法应用于精梳机四轴同步控制系统,其结果表明单神经元自适应PID同步控制算法能大大增强系统的动态性能,有效缓解负载带来的同步误差。在相同扰动情况下,该方法能更好的使多电机以一定速度同步运行。     

Stabilization of an axially moving accelerated/decelerated system via an adaptive boundary control

In this study, an adaptive boundary control is developed for vibration suppression of an axially moving accelerated/decelerated belt system. The dynamic model of the belt system is represented by partial-ordinary differential equations with consideration of the high acceleration/deceleration and unknown distributed disturbance. By utilizing adaptive technique and Lyapunov-based back stepping method, an adaptive boundary control is proposed for vibration suppression of the belt system, a disturbance observer is introduced to attenuate the effects of unknown boundary disturbance, the adaptive law is developed to handle parametric uncertainties and the S-curve acceleration/deceleration method is adopted to plan the belt׳s speed. With the proposed control scheme, the well-posedness and stability of the closed-loop system are mathematically demonstrated. Simulations are displayed to illustrate the effectiveness of the proposed control.     

Dual-rate-loop control based on disturbance observer of angular acceleration for a three-axis aerial inertially stabilized platform

This paper presents a dual-rate-loop control method based on disturbance observer (DOB) of angular acceleration for a three-axis ISP for aerial remote sensing applications, by which the control accuracy and stabilization of ISP are improved obviously. In stabilization loop of ISP, a dual-rate-loop strategy is designed through constituting inner rate loop and the outer rate loop, by which the capability of disturbance rejection is advanced. Further, a DOB-based on angular acceleration is proposed to attenuate the influences of the main disturbances on stabilization accuracy. Particularly, an information fusion method is suggested to obtain accurate angular acceleration in DOB design, which is the key for the disturbance compensation. The proposed methods are theoretically analyzed and experimentally validated to illustrate the effectiveness.     

陀螺惯性平台视轴稳定双速度环串级控制的研究

针对光电跟踪系统视轴稳定采用由速率陀螺构成的单速度环伺服控制的不足，本文提出采用以直流测速机为测量反馈元件构成模拟速度内环，利用陀螺的“空间测速机”功能组成数字稳定外环的双速度环串级控制结构。将速度稳定环的抗摩擦力矩干扰功能和隔离载体扰动功能分开设计实现。从系统抗干扰性、鲁棒性等方面与单环控制进行了理论分析和比较。伺服控制器分别采用有源PI校正和时间最小参数自调整PID控制算法。在四轴稳定跟踪转台上的性能测试结果达到了系统要求的稳定精度，表明该方法能明显减小载体扰动造成的误差，在一定的测量噪声和加速度敏感度范围内，能够有效地隔离载体扰动，控制性能良好。     

动基座光电稳定平台伺服系统中加速度反馈的实现

在动基座光电稳定平台伺服系统中引入了加速度反馈闭环以提高其动态性能。考虑准确建立动基座光电稳定平台控制对象模型难度很大,该加速度反馈闭环没有基于控制对象模型,而是通过直接测量角加速度信号来实现。仿真、分析结果表明,加速度反馈闭环的引入有效提高了伺服系统动态力矩刚度,并改善了伺服系统起动、制动性能。引入加速度反馈闭环后,动基座光电稳定平台伺服系统对摩擦力矩抑制能力明显提高;对周期性扰动抑制能力提高了9.3dB;对速度阶跃响应超调量降低了4.9%,同时过渡过程也有极大的改善。该伺服系统不仅结构简单,鲁棒性强,且有较好的通用性。     

基于自抗扰重复控制的压电驱动器高精度跟踪控制

针对压电驱动器的高精度控制问题,提出一种自抗扰重复控制设计方法。首先,给出压电驱动系统的动力学模型;然后,在线性自抗扰控制(LADRC)中引入输出反馈积分控制器和一类插入式重复控制器,提出一种具有阶跃、斜坡和周期信号跟踪/抑制能力的自抗扰重复控制策略。进一步,结合小增益定理,分析闭环系统的稳定性及控制系统的设计方法。最后,将所提方法应用于一类压电驱动系统,实验结果表明该方法与LADRC相比,能显著提升控制效果,且高精度跟踪/抑制多种外部信号。     

基于遗传算法的可控励磁直线磁悬浮同步电动机自抗扰控制

对可控励磁直线磁悬浮电动机控制系统提出基于遗传算法的自抗扰控制策略。根据可控励磁直线磁悬浮电动机的运行机理,建立其数学模型。设计反馈跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性反馈控制律,对传统函数fal进行改进,应用到控制器中。实现对给定信号的跟踪,并将系统耦合量和外界扰动作为系统的“总扰动”,并对总扰动进行观测与补偿。针对控制器中存在多个参数难以整定的问题,采用遗传算法对控制器参数进行寻优。对控制系统进行仿真研究,结果表明,基于遗传算法的自抗扰控制系统具有对参考信号良好的跟踪性能,以及对干扰信号的抑制能力。     

基于动力学模型前馈的液压振动台控制

由于液压振动台通常存在较严重的非线性和外界干扰,传统三状态控制器设计需在跟踪精度和稳定性之间做出权衡,系统难以获得良好的控制性能。以8条液压缸驱动的冗余振动台为研究对象,建立系统运动学和动力学数学模型。利用动力学逆模型预测各伺服阀阀口开度并加以前馈,以补偿非线性因素影响,结合三状态反馈控制,实现对加速度信号跟踪。采用MATLAB/Simulink和ADAMS软件搭建控制系统模型,仿真表明,该方法可有效提高加速度波形复现精度,具有良好的控制性能。