直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制器设计

为了实现直线电机精密定位平台的位置和速度的轨迹跟踪控制,本文基于内模控制（IMC）的基本原理,在直线电机精密定位平台参数辨识的基础上,设计了定位平台速度环的模型状态反馈（MSF）控制器和基于位置环PID和速度环MSF的级联控制器。将PID/MSF级联控制器与速度/加速度前馈控制（VFC/AFC）相结合,构成了PID/MSF+VFC/AFC的复合轨迹跟踪控制器。该复合轨迹跟踪控制器通过整定速度前馈的增益来改善位置环偏差控制的跟踪滞后现象和动态响应,增加控制系统的稳定性和伺服精度;通过整定加速度前馈的增益在不减小级联控制器位置环增益的前提下,减小速度前馈带来的超调量,提高轨迹跟踪精度。基于MATLAB/dSPACE实时仿真控制平台,实现了某直线电机平台的轨迹跟踪控制。仿真和实验结果表明,该轨迹跟踪控制器的轨迹跟踪精度为±0.028 mm,定位精度为±4 μm,满足直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制的要求。     

模糊自适应PI控制在直流无刷电动机调速系统的应用

在分析直流无刷电动机的工作原理和数学模型的基础上,提出基于速度环和电流环的双环控制模式,在速度环中采用模糊自适应PI控制方式,在电流环中采用传统的PID控制方式.实验表明,与传统PID控制方式相比,采用模糊自适应PI控制,在负载或参数发生变化时,具有转速波动更小、鲁棒性更强的特点,是一种更优越的控制方法.     

基于指数分布论域模糊PID的超精密金刚石车床导轨运动控制

针对传统PID控制难以适应超精密加工中存在多种非线性扰动的问题,通过MATLAB/Simulink仿真对比了PID参数对超精密金刚石车床导轨阶跃响应的影响规律,提出了一种模糊PID论域优化方法,并将优化后得到的指数分布论域模糊PID控制方法应用于车床导轨的控制。仿真结果表明,相比传统的定参数PID控制,指数分布论域模糊PID控制方法使系统响应速度变快,表现出更优的控制效果。     

超精密工作台的模糊PID复合控制研究

超精密工作台伺服系统因其存在参数时变、负载扰动以及非线性等特点,很难为其建立准确的模型.模糊(fuzzy)控制具有无需建立被控对象的数学模型、鲁棒性好等优点,但稳态精度差.将模糊控制和PID控制相结合,综合了模糊控制和PID控制的优点,克服了各自的缺点.通过Matlab建模、仿真及与PID控制的比较表明,模糊PID控制的动静态特性优于传统单一的PID控制.     

二维精密气浮运动平台控制系统稳定性研究

二维精密气浮运动平台采用直接驱动进给和气浮导轨支承技术,不仅需要有较高的定位精密、运动速度和定位加速度,而且要求直接驱动伺服系统具有足够的稳定裕度。根据自动控制原理,对系统参数进行了分析,并完成了参数修正,论文利用Matlab语言和Simulink软件对X轴控制器电流环、速度环、位置环进行建模仿真研究,验证了二维气浮运动平台控制系统是稳定的,且有足够的稳定裕度。建立了实验单元,通过控制器参数整定软件PMAC Tuning PRO2调节PID参数,完成参数优化。实验表明平台控制系统是稳定的,优化PID参数能使系统更快到达稳定状态。     

绝热层缠绕成型纠偏方法与控制研究

研究了固体火箭发动机绝热层缠绕成型过程中胶带跑偏问题,设计了相应的纠偏控制方法.首先分析了缠绕成型过程中胶带跑偏的原因,提出了相应的纠偏方案和控制系统.分析了控制系统的硬件组成,并结合纠偏方案建立了完整的纠偏控制系统数学模型.基于该模型设计了电流环、转速环和整体位置环的三闭环纠偏控制策略并进行了仿真验证.其中电机内的电流环和转速环采用PI控制;在内环设计基础上,整体位置环采用模糊自整定PID控制,通过设计算法动态调整PID参数.Simulink仿真结果表明,电流环能够将超调抑制在4.61％,转速环调节时间短(0.015 s),两环的动态性能良好,且无稳态误差.通过与PID控制对比,模糊自整定PID控制的响应曲线抑制超调能力明显(3.00％),调节速度快(0.367 s),且曲线过渡光滑,这表明纠偏效果要优于PID控制.     

直线电机气浮精密平台的设计与控制

高精度综合测量仪在工作中要求达到亚微米级的运动精度,为此建立了X Z直线电机气浮精密运动平台,对气浮导轨设计、直线电机控制等关键技术进行了研究.采用有限元设计法设计了气浮导轨,实验结果表明,采用该方法设计的气浮导轨具有较高的承载能力和刚度.提出一种改进的PID控制策略,从而改善直线电机运动平台的抗干扰能力,并使其获得较高的稳态位置精度.实验结果显示,在采用这种控制方法后,直线电机气浮精密平台的定位精度可达到0.5μm.     

超声电机速度与位置的高精度控制

由于超声电机压电材料、摩擦材料、接触界面的非线性,速度平稳性和位置控制精度不高,这在一定程度上制约了它在高端精密装备中的应用。本文介绍了一种实现超声电机速度、位置高精度控制的方法。从连续运动与步进运动两个维度分析了超声电机的速度调控机理,阐明了速度波动的误差来源,建立了以幅值、频率为输入量,融合稳态环节与动态环节的速度模型。为了准确预测步进位移量,建立并辨识了启动-关断两段式二阶速度模型;接着采用双环复合控制算法实现了高平稳性速度控制,并通过驱动参数优化实现了电机的高分辨率位置控制。最后,运用分段逼近策略实现了高精度定位。实验结果表明,在速度控制方面,采用双环复合方法控制的速度平稳性为0.44%,相比单速度环的控制效果提升了一倍;在位置控制方面,超声电机的开环位置分辨率达到了0.375μrad,定位精度达到了1.7μrad。本文提出的控制方法综合了不同参数及不同环路的调控特点,有效提高了超声电机的速度与位置控制精度,为超声电机在精密装备中的拓展应用奠定了基础。     

基于虚功原理的3-RRPR柔性精密定位工作台动力学分析

为了实现柔性精密操作系统的高频控制,提出一种新型空间柔性并联精密定位工作台系统,该工作台采用多个压电陶瓷驱动方式,通过半圆形凹槽单自由度柔性铰链的弹性变形实现末端执行件3平动自由度的主动调整.根据机构伪刚体模型,采用矢量闭环方法建立其位置、速度以及加速度方程,并结合柔性铰链弹性应变能,采用虚功原理方法进行动力学分析,推...     

基于积分分离PID的经纬仪轴系复合控制系统

轴系高精度驱动是实现电子经纬仪目标自动照准的关键技术,轴系电动机直流伺服系统的设计则是其重要环节.根据多回路伺服原理和校正设计方法,建立了经纬仪轴系电动机多回路复合控制系统的数学模型.其中,三闭环控制结构包括电流环、速度环和位置环,位置环采用积分分离PID控制方法,使系统的阶跃响应超调量仅为0.4％.同时,在三闭环结构基础上又引入了前馈反馈和负载力矩干扰补偿,构成了复合控制系统.Simulink仿真结果表明,提出的方法使该系统具备良好的响应速度和控制精度.     

基于能量整型方法的永磁同步直线电机位置控制

针对永磁同步直线电机(PMLSM)的位置控制问题,从能量整型控制的角度进行了研究。基于哈密顿反馈耗散控制方法,结合系统的物理能量特性,在dq旋转坐标系下建立了包含电能和动能的永磁同步直线电机闭环系统哈密顿函数,通过反馈耗散方法对永磁同步直线电机进行速度控制器设计,保证了系统在稳态运行点达到输入/输出能量的动态平衡。为了提高系统响应性能,提出了阻尼参数PID自整定方法实现阻尼参数的自调节,并通过设计位置控制外环构成了包含位置、速度的双环控制系统,实现了PMLSM位置控制。实验结果表明,所设计的控制器具有良好的稳定性、快速的位置跟踪性和抗干扰能力。     

双锻造操作机大车行走系统控制方法探析

双锻造操作机配合压机联动完成大型高精长轴类锻件的锻造,可以有效提高锻造效率,提升锻件品质。针对双操作机夹持锻件同步行走控制难题,以燕山大学的两台20 kN锻造操作机为研究对象,综合考虑了吊挂系统、大车行走机械和液压系统的特点,搭建了双锻造操作机大车行走系统的数学模型。在此基础上,仿真研究了独立反馈位置同步控制方法、位置速度复合独立反馈同步控制方法和位置速度复合状态差值校正同步控制方法对双操作机大车行走系统控制特性的影响。仿真结果表明,对于动力性能差异较大的两台重载机械手,基于位置速度复合状态差值校正同步控制方法的控制效果最为理想,同时设定操作机A和操作机B的给定位移200 mm、加速度1000 mm/s2时,双操作机大车行走系统的动作响应时间为105 s,同步位置误差为［-0.28 mm,0.02 mm］。研究结果可为双锻造操作机控制提供技术支撑和理论指导,对于提升锻造产品质量和实现锻造生产线的智能控制具有重要意义。     

交流位置伺服系统PID控制方法实现

交流伺服系统在制造业控制领域得到广泛应用,分析了位置伺服系统的组成,主要介绍了数字位置环的PID器改进控制算法以及参数整定方法。实际应用表明：选择合理的PID参数能够满足控制系统响应速度快、速度精度高、鲁棒性强的要求。     

RESEARCH ON CONTROL OF FLYWHEEL SUSPENDED BY ACTIVE MAGNETIC BEARING SYSTEM WITH SIGNIFICANT GYROSCOPIC EFFECTS

Traditional PID controllers are no longer suitable for magnetic-bearing-supported high-speed flywheels with significant gyroscopic effects. Because gyroscopic effects greatly influence the stability of the flywheel rotor, especially at high rotational speeds. Velocity cross feedback and displacement cross feedback are used to overcome harmful effects of nutation and precession modes, and stabilize the rotor at high rotational speeds. Theoretical analysis is given to show their effects. A control platform based on RTLinux and a PC is built to control the active magnetic bearing (AMB) system, and relevant results are reported. Using velocity cross feedback and displacement cross feedback in a closed loop control system, the flywheel successfully runs at over 20 000 r/min.     

被动加载的内部反馈控制方法

提出电液加载的内部变量反馈控制方法。通过对可测量的内部变量反馈，补偿了活塞运动时流量的变化，使加载系统的跟踪没有滞后。反馈以后，改变了系统传递函数和动态性能，并将舵机运动干扰输出等效为一个较小的量。原理分析证明，采用类似于PID形式的内部反馈，可消除舵机运动的速度和加速度干扰。仿真结果表明，内部反馈在主从电液跟踪加载控制中能减小多余力的影响，系统特性的改善优于传统的前馈方法。     

玻璃烫钻多头研磨机微进给结构的设计与仿真

针对研磨机对进给量控制精度不足和欠稳定的问题,根据玻璃烫钻加工工艺的要求,研究比较了进给机构,并确定了玻璃烫钻的进给方案,同时研究了机床传动链,得出了机械传递函数及固有频率,为避免共振提供了理论支持.电气控制系统采用电流环、速度环和位置环3环控制方案,通过工程整定的方法首先对电流环控制器和速度环控制参数进行了确定.在此...     

Hot turning of a difficult-to-machine steel (sae xev-f) aided by infrared radiation

This paper discusses how to improve the position precision of a semi-closed loop servo system. A support vector regression algorithm is chosen to model and predict position error. The predicted error is then fed back to the input entry to compensate the error. Fuzzy PID control is introduced to adjust the controlling rule of the PID controller in the semi-closed loop servo system so as to improve the dynamic response characteristics of the servo system and reach a high degree of position precision. A case study is implemented. The simulation and experimental results show that combining the improved fuzzy control with predicted position error feedback ensures a high degree of position precision and a high degree of dynamic response characteristics.     

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。     

基于改进的免疫克隆算法的PID参数优化

依据PID控制器的控制原理,结合人工免疫算法和克隆选择原则,提出了一种新的基于周期变异的免疫克隆算法,并基于此算法在线优化PID控制参数,仿真结果表明控制输出能快速平稳地跟随期望输出值,系统响应可以获得良好的实时性、稳定性和较高的控制精度。     

基于DSP的音圈电机调速系统研制

介绍以TMS320LF2407ADSP为核心控制器对音圈电机进行数字闭环控制的系统研制方法。它用DSP的捕获单元作为反馈装置,通过增量式数字PID控制策略,实现音圈电机的匀速运动和位置控制。该系统通过实验验证能达到较高的精度(速度偏差为5%以内),能够满足麦克尔逊干涉仪中动镜的匀速运动要求。