超冗余多轴液压振动台的内力耦合控制

针对传统多轴振动台内力耦合控制策略控制参数复杂、控制效果差的缺点,提出一种基于变形位移和变形力空间的内力耦合控制策略。给出超冗余振动台电液伺服系统的非线性方程及机械部分的单刚体动力学模型,在内力耦合空间分析的基础上,通过内力合成矩阵对合成内力进行闭环反馈补偿,由冗余变形分解矩阵将补偿量分配到各液压伺服阀的输入端。仿真结果显示该算法能有效降低超冗余液压振动台的液压缸出力及耦合内力。     

六自由度并联机器人输出解耦控制

六自由度并联机器人是一个非线性多输入多输出系统,各自由度运动输出之间存在耦合.利用反馈线性化和PD控制,仅实现了平移运动间的解耦,而旋转运动之间仍然存在耦合作用.为实现并联机器人运动输出间的完全解耦,在反馈线性化控制的基础上,设计了一种新的解耦控制器,利用该控制器可以进一步实现并联机器人的旋转输出解耦,同时,给出了控制器解耦性能的仿真验证.     

基于LCL谐振型双有源桥的三端口DC-DC变换器及其解耦控制

为了降低集成式三端口DC-DC变换器多功率路径的控制环路间的耦合程度、优化动态性能,将双Buck/Boost与LCL谐振型双有源桥通过共用原边全桥开关单元集成到一起,提出新型三端口DC-DC变换器及其解耦控制方法. 该变换器实现了开关器件的复用,提高了功率密度;采用PWM+双移相控制,可以实现3个端口间传输功率的灵活控制;利用LCL谐振特性实现基波功率因数为1的功率传递. 本研究分析该变换器的工作原理、控制方式与谐波特性,并且根据基波分析法提出简单、有效的解耦控制方法,可以有效降低多功率路径间的耦合程度,提高系统动态响应能力;搭建400 W的实验样机,进行控制方式对比试验、典型工作模式切换试验、解耦控制对比试验,验证该变换器的可行性及所提解耦控制策略的解耦效果.     

火控系统测试用6自由度运动模拟器研制

为了能够在实验室内对火控系统进行综合性能试验,采用液压驱动6自由度Gough-Stewart机构对载体的各种运动状态进行模拟.利用Gough-Stewart机构机械系统动力学和液压驱动系统之间的力/力矩和速度双向作用关系,将机械系统动力学模型和液压驱动系统模型相结合,建立了并联机构整体动力学模型.对运动模拟器的自由度耦合特性进行分析和实验研究.结果表明,自由度间耦合在系统固有频率范围内具有随着运动频率的提高而增强的特点.针对运动模拟器的安全保护问题,采用一种根据支腿长度直接对工作空间中的奇异区进行判别的方法,避免了使用复杂、耗时的雅克比矩阵条件数判断奇异性的方法,采用幅相控制(APC)和随机波复现技术,使正弦波和随机波的复现精度都得到了明显提高.     

电磁轴承刚性转子系统前馈解耦控制

为了消除电磁轴承支撑的刚性转子系统径向各自由度间的耦合,提出电磁轴承刚性转子系统径向四自由度的前馈解耦控制策略;针对解耦后系统存在的不平衡振动,提出基于不平衡量辨识的转子不平衡补偿方法;为了提升解耦和不平衡补偿效果,利用最速跟踪微分器来获取前馈解耦控制器及不平衡量辨识器所需的微分信号.仿真及试验结果表明,所设计的前馈解耦控制器可以将电磁轴承刚性转子系统径向原来相互耦合的四自由度系统解耦为4个单自由度系统;利用所设计的不平衡量辨识器辨识出转子不平衡量并对其进行补偿,能够抑制转子系统的不平衡振动;采用最速跟踪微分器,不仅能够削弱测量噪声对解耦效果及不平衡补偿效果的影响,还能够提升控制系统的抗噪能力.     

多变量解耦双自由度PID控制系统设计

为了解决多变量时滞过程解耦器结构复杂且不能解析设计、控制器不易兼顾控制性能和鲁棒性的问题,提出一种新的解耦双自由度PID控制系统设计方法.针对时滞过程改进了Cai所提出的正则化解耦方法:从能量功率谱的角度重新解释并构造结构简单的解耦矩阵;将系统解耦成单回路后,采用双自由度PID结构设计各回路控制器.典型工业过程实例验证了设计的简单性和性能的有效性.采用该方法,解耦传递函数矩阵可以解析求解,双自由度PID控制器能够有效改善各回路高频段的解耦性能,获得良好的设定值跟踪性能和扰动抑制能力,并且可以方便地应用于控制现场.     

基于CMAC和PID的非线性耦合系统解耦控制研究

为了实现多变量非线性耦合系统的解耦控制,提出了一种基于CMAC与PID的复杂关联自适应解耦控制策略,并给出了详细算法。该控制策略采用PID控制器和CMAC控制器共同构成一个复合控制器,多个复合控制器通过多输入多输出线性神经网络,实施对复杂非线性耦合对象的控制作用。由于神经网络的自适应特性,可使得耦合系统逼近参考模型,实现解耦控制。仿真结果表明,该控制策略实现了耦合系统的解耦控制,并且具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。因此采用此控制策略能够实现多变量非线性耦合系统的解耦控制。     

基于耦合模态控制算法对空间结构主动控制的试验研究

模态空间控制方法是将系统方程转化到模态坐标下得到解耦的以模态坐标表示的方程组,根据一定的控制方法得到模态控制力从而实现了实时控制.本文通过对一个三层桁架结构进行了主动控制试验,介绍了耦合模态控制理论及其实现算法,阐述了压电主元杆件的工作原理,根据Riccati方程得到了主元杆件的最优布置.采用五点滑动平均平滑法进行了频谱分析,分析结果表明智能结构通过有效的主动控制可以对相应的模态响应进行有效的抑制.并使得模态阻尼系数得到不同程度的提高.     

通过辐射模态研究封闭空间结构声辐射及其有源控制

通过辐射模态研究了封闭空间的结构声辐射及其有源控制问题.分析了辐射模态的数学和物理意义并揭示了辐射模态与声腔模态之间的内在耦合关系,并通过声辐射模态建立了弹性封闭空间结构声辐射有源控制模型.针对辐射模态在有源控制中的应用实现问题,给出了一种新的控制策略,即将辐射模态按对应辐射效率或耦合强度从大到小排列,使前k阶声辐射模态声势能最小化.采用压电陶瓷作动器作为控制力源进行了封闭空间结构声辐射有源控制数值计算与分析研究.结果表明,辐射模态与声腔模态的耦合具有严格的选择性,各阶辐射模态的形状和与相耦合的主导声模态在耦合面上的形状非常相似;在低频范围内,一般只需最小化前三阶辐射模态声势能,在更低频或声模态频率附近,只需最小化前一阶最有效辐射模态声势能,便能和总声势能最小化策略控制效果基本一样.     

基于机构位移模态子矩阵法的 铰接杆系机构奇异与运动分岔分析

提出通过追踪机构位移模态子矩阵行满秩与否来判断机构运动分岔点的新方法--机构位移模态子矩阵法.该方法将铰接杆系机构的自由节点分为驱动节点和从动节点,对应描述机构构型的变量分别为控制变量和状态变量.建立铰接杆系机构平衡矩阵,由奇异值分解得到整体机构位移模态,定义驱动节点对应的机构位移模态矩阵和从动节点对应的机构位移模态矩阵为机构位移模态子矩阵,当机构位移模态子矩阵出现非行满秩现象时,驱动节点或从动节点获得自由度,机构运动发生奇异.通过单自由度和两自由度机构算例分析证明了此方法的正确性与有效性.     

静力压桩机调平系统的建模与控制

针对静力压桩机电液比例调平系统建立了分析调平控制方法精确的动力学模型,并对两种调平方法的效率、稳定性以及调平精度进行了分析．该模型将桩机平台等效为刚体,考虑平台3个自由度运动和调平控制系统的耦合,利用运动方向的相关参数对系统进行解耦,确立了调平系统的控制方程．分别采用绕最高点调平和方向解耦调平两种方法,结合调平系统的控制方程,对该系统的调平特性进行了分析．结果表明,系统采用方向解耦调平比绕最高点齐动调平的精度高一倍,稳定性也大大提高．     

基于MPSO算法的水下机器人PD控制器

为了解决传统水下机器人运动控制器只针对单独的自由度进行解耦控制,从而忽略了各自由度之间耦合效应的问题,设计了一个新型的PD控制器.该控制器在水下机器人6个自由度动力学模型的基础上,根据实际需要进行简化,利用一个运动控制方程实现4个自由度的运动控制.同时采用改进PSO算法自寻优确定控制方程的参数,以提高效率,减少设计时主观因素的影响.最后以某型AUV(autonomous underwater vehicle)为控制对象及试验平台,针对所设计的控制器进行仿真试验,结果验证了该控制器在水下机器人运动控制中的可行性.     

9-DOF超冗余机器人轨迹规划优化算法

以太空舱内机器人系统9-自由度（DOF）超冗余模块机器人为研究对象,以避关节极限作为优化指标,考虑容错性能,利用微分运动的方法,分别提出了适于计算机迭代计算的冗余机器人在笛卡儿空间进行手爪姿态可变时的直线轨迹优化算法和手爪经过空间中任意不共线3点决定的平面内的圆弧轨迹优化算法。在优化算法的验证实验中,实现了利用冗余机器人完成直线轨迹拉抽屉、抓棒料和圆弧轨迹开厨门等动作。     

球磨机单神经元自适应PID解耦控制系统仿真

针对球磨机制粉系统的多变量、强耦合、非线性和时变性等特点,提出了球磨机自适应神经元PID解耦的控制方法.将静态解耦逆矩阵与球磨机对象串接,以解除球磨机多变量之间的耦合,再采用两个单神经元自适应PID控制器对解耦后的两变量对象进行闭环控制.仿真结果表明,该控制法相比常规的PID解耦控制法有更好的控制品质,跟踪快、鲁棒性强、解耦好,可较好地解决球磨机系统的时变性、耦合性等问题.     

球磨机制粉系统的多变量解耦PID控制

中储式钢球磨煤机制粉系统具有多变量、强耦合、大惯性等特点,使用常规的PID控制回路进行控制无法取得理想效果。针对这种情况,提出了一种解耦PID控制策略。该方案在PID回路中加入解耦补偿器,以实现对多变量的解耦控制。仿真试验表明,该策略有效地解决了多变量的耦合问题,取得了较好的控制效果。     

300 MW机组磨煤机制粉系统智能控制研究

探讨了一种新型的300MW机组磨煤机制粉系统智能控制方法．该方法特点是在系统偏差大时采用模糊控制方案，偏差小时采用神经元控制方案．现场应用表明此系统可有效解决磨煤机制粉系统的大迟延，强耦合控制问题．     

基于加加速度的地震模拟振动台控制技术（特约稿）

地震模拟振动台试验是工程结构地震反应模拟和抗震性能观测的直接有效的手段,但由于电液伺服地震模拟振动台系统具有复杂的非线性,当伺服阀90°相移频率与系统油柱共振频率比较接近时,伺服阀特性对振动台系统特性有较大影响,严重影响系统的有效频带范围。现有的电液伺服地震模拟振动台系统的有效频带多为0.4～50 Hz,不足以满足大比例缩尺结构抗震试验的需求。为减小现有电液伺服地震模拟振动台系统的伺服阀特性对系统性能的影响和拓宽振动台系统的有效频带,在三参量控制的基础上,将加加速度反馈信号和加加速度前馈信号引入控制环节,形成一种基于加加速度的地震模拟振动台多参量控制算法。对所提出的控制算法的控制效果进行了理论推导和系统仿真分析,揭示了加加速度反馈可降低系统油柱共振频率并减小伺服阀特性对振动台系统性能的影响,而加加速度前馈使得系统的有效频带由三参量控制下的0.35～54 Hz拓宽至0.35～64 Hz,表明所提出的基于加加速度的地震模拟振动台多参量控制算法明显改善了地震模拟振动台的控制性能。     

Optimal Actuator Placement and Active Vibration Control of Over-Actuated Motion System in the Wafer Stage

The null space of the 6-DOF gain decoupling matrix of actuators and a modified velocity feedback controller are adopted to suppress the vibration of the wafer stage during exposure. To deal with varying flexibilities at different performance locations, the vibration controller is designed to be a time-variant linear quadratic regulator, using the conventional gain scheduling method, which could provide good vibration control for each field under exposure. This control method can guarantee the stability of the closed-loop system and will not deteriorate the rigid modes control of the wafer stage. To minimize the control spillover caused by the higher uncontrolled modes, actuator placement is optimized to minimize their controllability grammians in modal coordinates. An unconstrained rectangular plate is used to represent the fine stage of the wafer stage. Effectiveness of the proposed method is verified on the plate through a closed-loop simulation.     

Control of magnetic levitation positioning stage with an eddy current damper

To enhance the system damping,a permanent magnet set which served as an eddy current damper was added to the magnetic levitation positioning stage which consists of a moving table,four Halbach permanent magnetic arrays,four stators and displacement sensors.The dynamics model of this stage was a complex nonlinear,strong coupling system which made the control strategy to be a focus research.The nonlinear controller of the system was proposed based on the theory of differential geometry.Both simulation and experimental results show that either the decoupling control of the movement can be realized in horizontal and vertical directions,and the control performance was improved by the damper,verifying the validity and efficiency of this method.