An energy-saving nonlinear position control strategy for electro-hydraulic servo systems

The electro-hydraulic servo system (EHSS) demonstrates numerous advantages in size and performance compared to other actuation methods. Oftentimes, its utilization in industrial and machinery settings is limited by its inferior efficiency. In this paper, a nonlinear backstepping control algorithm with an energy-saving approach is proposed for position control in the EHSS. To achieve improved efficiency, two control valves including a proportional directional valve (PDV) and a proportional relief valve (PRV) are used to achieve the control objectives. To design the control algorithm, the state space model equations of the system are transformed to their normal form and the control law through the PDV is designed using a backstepping approach for position tracking. Then, another nonlinear set of laws is derived to achieve energy-saving through the PRV input. This control design method, based on the normal form representation, imposes internal dynamics on the closed-loop system. The stability of the internal dynamics is analyzed in special cases of operation. Experimental results verify that both tracking and energy-saving objectives are satisfied for the closed-loop system.     

数字式开关电源控制技术建模研究

针对传统模拟式开关电源控制精度、响应速度等性能难以提升的问题,采用数字式开关电源控制技术.以DC/DC变换器为研究对象,分析数字式开关电源的优势所在;依托Buck型数字式开关电源,建立数学模型;在MATLAB上建立数字式开关电源系统模型,并分步调试选取PID控制参数,验证了系统控制技术的可行性.     

巷道超前支架的电液伺服位置压力复合控制方法

考虑到综掘巷道液压迈步式超前支架的工作原理,以及超前支架在支撑过程中的实际工作特点,以提高支撑效率、减小超前支架在支撑过程对顶板扰动影响为控制目标,提出了一种电液伺服位置压力复合控制方法。该方法采用模糊切换控制器进行电液位置与电液压力控制的转换。对该方法进行了数字模拟仿真与样机模拟实验,理论分析与实验结果表明,该控制方法能够有效地使超前支架在从未支撑态以最快速度转换到支撑态,并且能够在位置控制与压力控制之间实现无冲击切换,以降低支架对顶板的扰动。研究结果为综掘巷道液压迈步式超前支架装备的研发及控制策略的研究提供了理论依据。     

大型起竖装备液压系统及其鲁棒切换控制策略

针对大型起竖装备液压系统供油压力与负载特性不匹配而导致能量损失严重的问题，通过对负载特性的分析，将其近似等效为“初始-中间-终了”三段式折线负载。在起竖初始阶段采用恒定高压，以提供足够驱动力；在中间阶段设定随起竖角度线性单调递减的线性压力，以降低系统能耗；在起竖终了阶段采用恒定低压，以保持起竖稳定，从而实现系统供油压力与起竖负载的近似匹配，降低系统能耗。针对供油压力切换可能导致起竖过程振动和不稳定的问题，通过建立液压系统数学模型，提出了鲁棒切换控制策略。仿真和实验结果均表明，起竖过程平稳，无振动和超调现象，油液温度比直接采用节流控制降低约40℃，表明该系统及其鲁棒切换控制策略能有效降低起竖过程的能量损失。     

四辊卷板机侧辊位移线性自抗扰控制

侧辊位移的精确控制对实现四辊卷板机高效加工至关重要,其核心问题是提高阀控非对称缸电液伺服系统的抗扰能力。由于电液伺服系统具有高度非线性和时变不确定性,传统非线性控制方法很难有效处理包含未知动态、外部扰动以及参数变化等的多源不确定扰动。提出一种四辊卷板机侧辊位移线性自抗扰控制方法。综合考虑各种不确定扰动因素的影响,设计了线性扩张状态观测器进行实时估计,采用状态误差反馈控制律给予主动补偿,并消除跟踪误差,证明了线性扩张状态观测器状态观测误差的收敛性和电液伺服系统的闭环稳定性。试验结果表明,所设计的线性自抗扰控制器能有效抑制电液伺服系统中多源不确定性扰动,实现侧辊位移的快速、精确轨迹跟踪。     

双向切换电磁阀复位特性的优化设计

双向切换电磁阀广泛应用于运载型地面供气系统,阀位直接影响供气系统的压力变化。利用试验和仿真方法对双向切换电磁阀进行了研究,发现在先放气后断电再供气时,常闭侧存在窜气现象,通过在常闭侧背压腔增加复位弹簧的方式对结构进行了优化。结果表明:在常闭侧背压腔增加复位弹簧可以有效避免复杂工况下的窜气现象,常闭侧窜气量随着复位弹簧力的增加而减少。通过试验和仿真方法可以优化电磁阀的动态特性,对双向切换电磁阀的产品设计具有指导意义。     

Active vibration control based on modal controller considering structure-actuator interaction

Active vibration control to suppress structural vibration of the flexible structure is investigated based on a new control strategy considering structure-actuator interaction. The experimental system consists of a clamped-free rectangular plate, a controller based on modal control switching, and a magnetostrictive actuator utilized for suppressing the vibrations induced by external excitation. For the flexible structure, its deformation caused by the external actuator will affect the active control effect. Thus interaction between structure and actuator is considered, and the interaction model based on magnetomechanical coupling is incorporated into the control system. Vibration reduction strategy has been performed resorting to the actuator in optimal position to suppress the specified modes using LQR (linear quadratic regulator) based on modal control switching. The experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed methodology. Considering structure-actuator interaction (SAI) is a key procedure in controller design especially for flexible structures.     

Precise position control of an electro-hydraulic servo system via robust linear approximation

This paper presents a study on electro-hydraulic servo system for the purpose of position control using a compatible linear model. The system has high level of nonlinearity and linearization introduces extra error in system model. In order to reduce this error several methods of linearization uncertainty are discussed. In spite of applying Taylor's series for all methods, several procedures are used for considering uncertainty on linearization constants. In the first procedure, a simple bound is considered for each linearization constant. In the second procedure, a polytope is extracted for the uncertainty by a graphical method. Finally, a procedure with less conservativeness and less restriction is proposed. This procedure is used to extract the linear model of the electro-hydraulic servo system for the task of position control. The resulting model is used to synthesize an output-feedback H_∞ controller for the EHSS using a Linear Matrix Inequality (LMI)-based approach. The effectiveness of the proposed method is demonstrated by simulation and experimental results. The results showed that the procedure is less conservative and has the fastest operation without any overshoot.     

多级压力源液压切换的位置伺服控制系统

针对传统液压阀控系统传动效率低的问题,提出了一种新型液压回路--多级压力源液压切换系统,给出了该新型液压系统的组成、工作原理、多级输出力的定义以及节能机理的实现,并进行了机理建模;以3个压力等级为例,设计了混合控制策略;搭建了多级压力源液压切换系统原理验证实验台。实验结果表明,多级压力源液压切换系统在位移跟随过程中,压力切换时存在位移和速度抖动;与传统液压位置控制系统相比,该液压系统具有显著的节能效果。     

永磁直线同步电动机自适应变结构位置控制器的设计与研究

针对永磁直线电动机参数变化和外部扰动对伺服系统的影响,提出了自适应变结构位置控制设计方法。用电动机的位置误差信号及其导数构造切换函数,利用自适应律对系统不确定性扰动因数的极限进行估算。经过分析验证,与基于SVPWM的矢量控制系统相比较,自适应变结构位置控制算法明显减少了系统参数变化和外部扰动引起的推力脉动,能快速准确地跟踪给定信号,增强了整个系统的自适应性和鲁棒性。     

用于胃肠道机器人的C型组合式无线能量发射线圈的设计与实验

现有适用于胃肠道机器人的无线能量传输系统的能量传输效率低、接收功率低且接收能量的位置均匀性差,无法满足功能复杂的新型胃肠道机器人的能量需求。本文提出了一种新型C型组合式发射线圈结构,通过有限元仿真分析供能单元组的磁感应强度大小和位置均匀性,确定供能单元组中线圈对间距的实验优化范围。最后搭建实验平台,优化供能单元组中线圈对间距,通过系统的能量传输效率、接收功率以及接收功率的位置均匀度对设计进行评估与验证。实验结果表明：当线圈对间距为150 mm时,中心位置的接收功率为1 165.34 mW,系统的能量传输效率为6.08%。系统的平均功率约为1 100 mW,平均能量传输效率达6%以上,接收功率的平均位置均匀度达94%。新型C型结构磁芯以及采用同一时刻只有一个供能单元组工作的组合式线圈结构,极大地改善了系统的接收功率与能量传输效率,并有较高的接收能量的位置均匀性。     

基于阳光方位探测器的太阳能收集板姿态调节系统

设计了一种太阳能收集板姿态调节系统,利用阳光方位传感器检测太阳的方位和光照情况,按照一定时间间隔驱动双自由度姿态调节结构使集能板正对太阳,采用理想二极管电路提高光伏供电效率,利用升压电路提高系统弱光照情况的工作能力,根据光照条件调整系统自身的工作状态和供电方式,使整系统可在复杂光照情况下正常工作.     

电液伺服非线性控制技术研究进展综述

液压伺服执行器在机电一体化系统中得到了广泛应用。针对电液伺服系统中存在的模型参数不确定性、外负载扰动、非对称液压缸执行器建模、输入输出物理约束4个典型科学问题,概述了电液伺服非线性控制技术的研究工作以及相关学者取得的成果,并结合现代控制理论的进展,对今后电液伺服控制技术的研究进行展望。     

具有外包选择的闭环供应链切换模型及其鲁棒控制

建立了一类具有外包选择的闭环供应链切换系统模型,包括自行回收再制造和外包两个子系统,以及基于成本的切换信号向量。为了抑制闭环供应链系统在自行回收再制造和外包切换过程中产生的运作波动和牛鞭效应,应用鲁棒控制理论方法给出了供应链切换系统的控制律,分析了闭环供应链切换系统运作过程,并进行了控制律计算和系统仿真,验证了鲁棒控制律的有效性。     

New approach of friction identification for electro-hydraulic servo system based on evolutionary algorithm and statistical logics with experiments

High-precision control of an Electro-hydraulic servo system (EHSS) should fully consider practical non-linearities, such as dynamic friction, in controller design. The LuGre model is widely used to describe non-linear friction, but parameter identification for this model remains a challenging task. This study proposes a novel identification approach for the LuGre model based on the Evolutionary algorithm (EA) and statistical logics. Identification experiments are also conducted for a practical EHSS. Static parameters are identified with constant velocity experiments. Moreover, the non-symmetry of friction in positive and negative rotary directions is fully considered. Dynamic parameters are identified with the pre-sliding process in the breakaway experiment. The EA is utilized to enhance the optimal estimation of friction parameters. Statistical logics are used to predict the deviations in the estimated results with high confidence interval. Furthermore, extensive simulation and experiment results validate the effectiveness of the proposed approach.

     

基于PLC的变频调速恒压供水系统的分析

介绍了一种替代常规水塔供水的基于PLC的变频调速恒压供水系统的构成、工作原理和具体实现方案.该系统采用VVVF变频器调节电机转速方式自动调节供水泵电机的转速和投入、切除运行水泵.将原来“先启后停”方式变为“先启先停”方式,全自动完成水泵的启动运行及切换,保证供水水压稳定,PLC控制的电机轮换程序,使各台水泵进行轮转,延长了水泵的使用寿命.     

蓄能器变压力供油电液位置控制系统的复合补偿控制

在一些特殊的工程应用中,常采用蓄能器作为动力源为电液位置控制系统提供压力油。与传统的电液位置控制系统不同,当采用蓄能器供油时,蓄能器出口的油液压力会逐渐降低,而压力的变化会对系统的控制性能产生较大的影响。针对这种变压力油源的电液位置控制系统,搭建了以蓄能器为动力源的电液位置控制系统实验平台,并建立了严格数学模型。通过实验手段确定了蓄能器供油压力与排油体积的关系、以及基于LUGRE模型的精确的系统摩擦力模型,以便实现系统运动过程中的有效动态补偿。构建了一种基于PID控制器+前馈补偿器+模糊控制器联合作用的复合补偿控制器,有效地降低了系统工作过程中供油压力降低、摩擦力变化等因素对实际控制性能造成的影响。通过与传统控制方法的对比实验,验证了所提出的控制算法的有效性。     

基于高速开关阀的气动执行器位置伺服控制研究

使用一种五点开关PWM控制算法对高速开关阀气动执行器进行位置伺服控制。分析了开关阀的启闭滞后现象．并提出了一种修正方法,该方法可有效地消除系统的静态误差。实验结果表明,用高速开关阀可以实现快速、精确的气动执行器位置伺服控制。     

基于全速域混合控制的同步磁阻电机无传感器矢量控制系统

针织大圆机的特殊运动状态要求其驱动电机具有较大的启动和带载能力以及较高的稳态运行精度,同步磁阻电机是一种应用于针织大圆机的理想电机,但现有同步磁阻电机无传感器控制,存在转子位置估计误差大、速度切换不平滑等问题。对此,提出一种基于全速域混合控制的同步磁阻电机无传感器矢量控制系统,零速和低速时采用脉振高频电流注入法,通过在估计坐标系的d轴注入一个幅值恰当的高频电流信号,使用估计q轴的高频电压信号估计转子位置;中速和高速时采用模型参考自适应法,通过建立数学模型并对其进行稳定性分析来估计转子位置;为了实现零速和低速到中高速的速度切换,提出一种改进的过渡区域融合观测方案,采用正弦型饱和函数代替传统的线性切换函数进行位置融合。为了验证方案的有效性,搭建了平台进行测试。由结果表明,该方案启动过程带载能力强,切换过程平滑且稳定,稳态运行过程波动小,是一种较适合大圆机电机驱动的无传感器矢量控制方法。     

双目标跟踪的三维信息非线性变结构控制

采用传统的单Bang-Bang控制的光电设备进行精定位时,系统放大倍数为无穷大,所以系统不易稳定。本文分析了单Bang-Bang控制的不足,提出了一种变结构最优控制方法。该方法在粗跟踪时用Bang-Bang控制,在进入小偏差范围内切换为线性控制。在线性控制时,根据不同调节器的的不同特点,提出了红外一阶捕获,红外二阶跟踪的策略,并同时给出了Bang-Bang控制和线性控制的切换准则,红外一阶捕获和红外二阶跟踪的切换准则。实验显示,采用提出的方法光电设备的90°双目标定位能力在2.3s左右,比传统方法缩短了近1s,快速性大大提高。另外,利用激光测距机可以给出舷角相差90°的双目标三维信息数据率为0.45Hz,提高了双目标时系统的光电对抗能力。