四旋翼飞行器的自抗扰控制方法研究

为了检验自抗扰控制方法是否可以应用在四旋翼飞行器飞行控制系统。介绍了自抗扰控制器的原理以及基本组成。针对四旋翼飞行器低速飞行或悬停状态,提出了一种基于自抗扰控制器的控制系统设计方法并在仿真平台上进行稳定控制、高度控制实验,以及与PID控制系统进行对比分析实验。仿真结果表明：基于自抗扰的四旋翼飞行器控制系统具有较好的动态品质、稳态精度以及较强的鲁棒性,本文所设计自抗扰控制器可应用在四旋翼飞行控制系统。     

基于PID和LQR的四旋翼无人机控制系统研究

为提高四旋翼无人机的飞行稳定性、无人飞行器控制系统的鲁棒性和控制精度,以建立的四旋翼无人机飞行控制系统模型为基础,采用现代控制理论与传统控制论相结合的方法,针对姿态角速率、姿态角分别设计内环LQR(线性二次型调节器)控制器,及外环PID控制的双回路闲环控制器.充分利用PID控制器易于掌握且对模型要求精度低、LQR控制器能改善内回路的动态特性和稳态性能的特点,完成四旋翼无人机的飞行控制.通过实验遴选该双闭环控制器相关参数并进行优化,实验结果表明所设计的双回路控制器控制性能指标良好.     

带扰动补偿的无抖振离散重复控制器设计

针对周期离散系统的跟踪控制问题,提出一种有限时间单调收敛的无抖振吸引律,讨论扰动补偿措施并将其嵌入吸引律形成理想误差动态用于设计离散重复控制器.通过分析补偿误差上界说明扰动补偿措施能抑制重复控制未能消除的扰动,通过推导控制器稳态误差带说明吸引律的收敛性可使系统具有鲁棒稳定性.针对伺服电机系统的仿真与实验验证了设计工作的有效性.     

采用MSP430的舵机控制系统设计及实现

航空电动舵机是飞行器控制系统的关键组成部分,为航空舵机设计高性能的控制器具有重要意义;针对航空舵机,设计并实现了一种采用MSP430单片机的稀土永磁无刷直流电机的舵机控制系统;提出系统的复合伺服控制策略并设计了控制系统结构;设计硬件与软件系统实现复合伺服控制并进行随动实验测试,实验结果显示系统跟踪误差小,无超调量和静态误差,表明系统具有很好的稳态和动态特性,控制效果良好。     

四旋翼无人机速度控制系统设计

为实现四旋翼无人机的自主飞行控制,以自主研发的四旋翼无人机为研究对象,设计了速度控制系统;该速度控制系统采用加速度计、角速率陀螺仪和GPS测量数据,并设计卡尔曼滤波器来抑制传感器噪声,同时估计无法测得的状态变量;为了减小无人机的建模误差并提高控制系统鲁棒性,采用了模型参考滑模控制理论设计速度控制器;实验结果表明,该速度控制系统具有良好的跟踪和稳定性能.     

多轴运动控制器在机械手上的研究

为了提高工业上机械手的控制性能和精度,设计了一种基于DSP的多轴运动控制系统,该系统主要由PC上位机和机械手控制器组成,它们之间通过PCI总线进行通信;机械手控制器主要由DSP和CPLD组成,实现了四轴伺服运动控制功能;同时考虑到伺服电机的动力学特性,在运动平台上采用单神经元自适应PID建立了细化的控制方案,实现了高精确的运动控制;实验结果表明,该系统控制系统具有良好的开放性和通用性,实现了先进的控制策略,与传统PID控制相比,在性能和精度上都得到很大的提高.     

基于浸入—不变集的三旋翼无人机高度系统自适应控制器设计

针对三旋翼无人机的研究集中于数学模型分析、简单的控制算法设计等起步阶段,且高度系统空气阻尼系数未知的情况,研究了三旋翼无人机高度系统的控制问题。基于浸入—不变集方法设计了一种控制三旋翼无人机跟踪目标高度的自适应控制器,根据三旋翼无人机飞行运动特点,推导了三旋翼无人机运动数学模型,完成了控制器参数设计和气动参数选择,采用Lyapunov分析方法对所设计控制器的渐近稳定性进行了理论证明,并对未知空气阻尼系数进行了在线估计,最终在三旋翼无人机实验平台上在环仿真实验验证。实验结果表明,高度跟踪误差在0-6秒可较好地趋于收敛,控制阻尼系数估计值也较好地收敛于合理的范围,表明该算法稳态误差小,收敛速度快,具有较好的控制性能和较强的实用性。     

0.6m暂冲式跨超声速风洞控制系统设计与实现

针对0.6m暂冲式跨超声速风洞结构组成复杂、试验部段定位和同步控制精度要求高、运行方式多样和运行安全要求严格的特点,研究了0.6m暂冲式风洞控制系统总体设计思想、主要部段多轴联动控制实现方案与控制策略、风洞运行安全联锁实现方式,保证了0.6m暂冲式跨超声速风洞试验效率、控制精度和运行安全,该控制系统设计思想对各类暂冲风洞控制系统设计具体重要借鉴意义。     

基于动态矩阵的隔振器滞回动力自动控制系统设计

现有基于PLC的隔振器滞回动力自动控制系统存在控制误差高的不足,为此设计了一种基于动态矩阵控制算法的自动控制系统。系统的硬件部分由动态控制中心、伺服电机、动力传感器、前置信号放大器、及数据计算单元等关键的模块构成,为提高系统的控制性能在伺服电机模块中内置了型号的单片机控制器,保证电磁控制信号的稳定输出;依据动态矩阵控制算法原理设计了自动化控制系统的主控程序,并给出了动态预测矩阵控制的基本流程,利用动态滚动预测的模式来降低控制时域内的误差,并保证滞回动力值的稳定输出;分析数据表明,提出的自动化控制系统在功能性方面可以满足批量测试及远程控制的要求,在3个稳态值条件下的系统误差都明显低于传统隔振器控制系统,最高的误差输出在0.05之间。     

全自动化学发光免疫分析仪取样平台运动控制器设计

本文设计了全自动化学发光免疫分析仪取样平台的运动控制器。单轴控制器采用速度内环、位置外环的双闭环结构。其中位置控制环采用模糊控制,并进行前馈补偿,构成复合控制。同时考虑两轴联动的动态配合,设计了变增益交叉耦合控制器,补偿轮廓误差。实验结果表明,采用此控制策略不仅有效的提高了系统的单轴跟踪性能,而且轮廓误差明显降低。     

一种跨声速风洞移测架伺服控制系统

移测架在风洞流场校测及精细化测量中发挥着重要作用,为实现某跨声速风洞流场的精细化测量,设计一套高精度移测架伺服控制系统,用于移测架精确定位控制.讨论了伺服控制系统的硬件配置、软件设计、安全联锁,介绍了控制策略.设计的伺服控制系统可实现风洞试验段X轴方向0.03mm定位控制精度,对提高风洞流场校测的精细化测量水平具有重要意义.     

基于微型编码器的电机LQG控制器设计方法

针对航空航天领域对电机伺服控制系统高精度和小体积的需求,提出并实现了一种基于微型编码器的电机伺服跟踪系统线性二次高斯控制器设计方法.分析了实际电机系统结构和编码器的典型误差并建立系统的噪声状态方程;设计了平稳卡尔曼滤波器,可以实现角位置、角速率和角加速度的最优估计;根据总体指标完成了线性二次高斯控制器设计并在Matlab/Simulink环境下建立了仿真模型并对其控制效果进行了预测;模拟实际工作环境搭建了实验测试系统对其跟踪性能进行了实测评估.仿真和实验结果表明:结合卡尔曼滤波的电机线性二次高斯控制器不但具有良好的跟踪性能,带宽可达24Hz,还能够有效地抑制噪声影响.     

叠加式力标准机控制系统设计

设计了一种新型叠加式力标准机的控制系统。运用可视化编程技术和运动控制技术,构建了基于LabVIEW的伺服电机控制系统。在控制系统中,采用模糊控制的方法,利用位置误差和位置误差的变化作为模糊控制的输入、输出控制伺服电机转动的脉冲信号。系统控制面板由具有友好界面的LabVIEW编程实现。最后对控制系统进行了应用试验,试验表明,这种控制系统具有控制灵活、操作方便等特点,能够满足0.03级叠加式力标准机控制系统的要求。     

基于FPGA的无刷直流电机转子位置及转速测量电路设计

设计基于FPGA和旋转变压器的无刷直流电机转子位置及转速测量电路,利用FB9412PB将旋转变压器输出的正余弦模拟信号转换为角度和速度数字信号,并以并行口的方式输出,存储在FPGA内部RAM中,通过数字低通滤波算法处理后实时输出给电机控制器.该电路现已成功应用于某电动舵机控制系统中,具有简便、实用、可靠的特点.     

Fuzzy bang–bang relay control of a single-axis active magnetic bearing system

Active magnetic bearings (AMB) are presently being utilized in various classes of rotating machinery. Although the rotor-AMB systems are open loop unstable, they are easily stabilized using feedback control schemes of which the PID controller is the most commonly used. The PID controller is however only effective at the vicinity of the rotor’s equilibrium position where the dynamics of the rotor-AMB system is linearized. Significant deviation of the rotor’s motion from this equilibrium position may occur due to large imbalance forces. In this situation, the nonlinearity in AMBs, which arises from the relationship between the electromagnetic force, coil current and air gap, may render the PID controller ineffective. For the control of nonlinear systems, artificial intelligence techniques such as fuzzy and hybrid techniques are effective. In this paper, a new fuzzy controller is proposed for the control of a single-axis AMB system. This controller is based on the bang–bang scheme, which is an old but effective technique to control nonlinear systems in optimal time. The performance of the proposed integrated fuzzy bang–bang relay controller (FBBRC) was found to be superior to that of the optimized PD controller and the conventional fuzzy logic controller. Comparison of the FBBRC with the fuzzy logic controller cascaded with a hard limiter (FBBC) relay revealed almost equal performance. High frequency chattering was however observed in the steady-state response of the FBBC. Such chattering is known to cause instability and distortion in the amplifiers that are used to supply current to the magnetic bearing actuators.     

基于LabVIEW的机器人的运动控制系统研究

为了减少机器人运动轨迹误差,实现对机器人的精准控制,提高机器人的运动效率,设计了基于LabVIEW的机器人的运动控制系统;采用了NI公司的控制板卡,选用了Odriver驱动器作为主控制器,选用大力矩伺服电机作为驱动电机,实现运动控制系统的硬件架构的设计;通过脉冲信号驱动电机运动,获取机器人的运动轨迹数据,通过进行对控制...     

基于嵌入式技术的风洞模拟测控系统设计

传统风洞模拟测控系统容易受到测试位置干扰,导致控制效果不佳,针对该问题,提出了基于嵌入式技术的风洞模拟测控系统设计;在系统硬件部分,根据IEEE1588标准,设计总线,在印刷电路板PCB上,确定布线层的层数,避免线路串扰;使用AT91 RM9200驱动模块控制开关,并在系统中嵌入测量仪器和执行机构;在系统软件流程设计过程中,通过嵌入模拟不同湍流特征脉动风场,结合PID算法,设置阈值并计算风洞模拟数据偏差值,通过调节积分控制风洞模拟测控系统的运行;由实验结果可知,该系统静风状态下,与实际情况最大误差为0.01 cm;吹风状态下,与实际距离横向最大相差0.01 cm,纵向相差0.01 cm,具有精准控制效果.     

基于无刷直流电机控制器设计

无刷直流电机具有运行效率高、调速性能好、结构简单、维护方便、运行可靠的优点,是电动汽车驱动系统的理想动力来源;安装在电动汽车上的驱动电机所处环境复杂,工况多变,启停频繁;然而,目前电机控制器响应速度慢、控制精度低、稳定性误差大、抗干扰力弱。为了解决这些难题,通过建立无刷直流电机的数学模型,研究电机的矢量控制算法基本原理以及实现方式,设计出了电流、转速双闭环的调速控制系统,通过引入先进的控制策略来提高控制器性能;最后,通过对无刷电机控制器进行实际测试,实验结果表明,与传统 PID 控制相比,在相同的调整频率下。本次设计的控制器具有调节时间小,调速范围广,转速波动小的优点,验证了设计的可行性。     

永磁同步电动机新型自适应滑模控制

永磁同步电动机(PMSM)是多变量、强耦合、非线性时变系统, 对外界干扰及内部参数摄动较为敏感, 为提高系统的鲁棒性, 本文提出一种基于非线性滑模面的自适应滑模变结构控制方法. 根据复合非线性反馈控制理论, 为PMSM滑模控制系统设计非线性滑模面, 通过实时改变控制系统的阻尼系数来提高PMSM伺服系统的瞬态响应性能. 在PMSM伺服系统外界扰动及内部参数摄动的上下界未知的情况下, 采用自适应参数校正律来调节控制增益的大小, 改善了系统的抖振现象. 此外, 对电机的电流及转速进行了饱和限制, 使得所设计的伺服控制系统可用于大范围的位移跟踪. 仿真结果表明, 与基于线性滑模面的控制器相比较, 本文所设计的基于非线性滑模面的自适应滑模控制器使得电机转子位移能够更快且无超调的到达给定值, 且系统的抖振现象明显减弱.