基于LQR方法的交流伺服系统参数自整定方法

针对永磁同步电机(PMSM)调速系统,基于开环辨识理论,利用增广递推最小二乘参数估计方法,实现对交流伺服系统单惯量模型转动惯量和阻尼的准确辨识。针对伺服系统位置环、速度环级联式闭环控制问题,建立交流伺服系统的数学模型,针对系统性能要求,引入位置环跟随误差及其积分作为新的状态变量构建系统状态空间模型。引入LQR(线性最优二次型调节器)计算系统最优反馈矩阵,根据反馈矩阵与控制器参数的对应关系实现控制器参数的自动整定。该整定方法建立了综合系统控制器参数和其时域性能的状态方程,整定目标直观,计算过程简单且计算量较小,在开放式实验平台上的实验结果也验证了该整定算法的可行性。     

基于遗传算法的汽车主动悬架LQR控制器的优化设计

针对汽车主动悬架LQR控制器的设计,利用遗传算法的全局搜索能力,以主动悬架的性能指标作为目标函数对加权矩阵进行优化,提高了LQR控制器的设计效率和性能.仿真结果表明基于遗传算法设计的LQR控制器减少了路面对车身的振动冲击,提高了汽车操作的稳定性和乘坐的舒适性.     

最优控制在吊车数控系统中的应用

由于最优二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)具有调节精度高和控制消耗少的综合控制优势,将离散LQR引入到吊车数控系统的设计中,用以实现吊车单摆快速返回平衡位置。建立了吊车系统的连续状态空间方程及其对应的离散状态空间方程。针对吊车系统的离散数学模型,利用LQR最优控制理论,设计了直流伺服电机的控制策略。计算机仿真结果表明:相比传统的极点配置方法,LQR控制方法可实现吊车单摆更加快速和更加精确的调节,并且避免了复杂的参数调节过程,故易于工程实现。     

球型机器人自平衡运动控制算法设计与研究

球型机器人具有结构简单、适应性好等优点。为了提高球型机器人运动稳定性,提出利用LQR并结合PID对球型机器人的自平衡运动进行控制。利用SolidWorks建立球型机器人的三维模型并搭建相应的物理样机;利用雅可比矩阵及等效一级倒立摆模型求出机器人的运动学和动力学模型;建立PID运动位置控制算法和LQR运动倾角控制算法,设计相应的PID和LQR运动控制器;利用MATLAB/SIMULINK对所建立的PID及LQR控制器进行仿真并分析;利用所建的物理样机进行实验验证。结果表明:利用PID结合LQR所设计的运动控制器及其控制算法是准确的,有效地提高了机器人自平衡运动的控制精度及稳定性。     

基于前馈和滑模复合结构的飞行器电动舵机控制

针对飞行器电动舵机伺服系统的控制问题,提出了一种能够有效抑制传动机构非线性摩擦的控制方法,该方法由前馈补偿器、基于LQR的PID反馈控制器以及滑模控制器构成。前馈控制能够提高系统响应的快速性,PID反馈控制提高系统的抗干扰能力,针对非线性摩擦设计的滑模控制律,用来削弱非线性摩擦对舵机伺服的影响。在分析电动舵机伺服系统构成的基础上,给出了非线性摩擦的Stribeck模型;建立了系统数学模型,在此基础上分析得出前馈补偿器的结构和参数;引入参考给定量,建立基于误差的状态控制方程,设计了基于LQR的PID控制器以及抑制非线性摩擦扰动的滑模控制律。分别对含有滑模控制器和不含滑模控制器的控制方法进行了仿真实验,实验结果表明:含有滑模控制器的控制方法能够有效抑制非线性摩擦引起的速度抖动问题以及位置"平顶"现象。     

基于数学建模的位置随动系统的最优控制研究

位置随动系统作为一种能够对未知输入变量进行精确控制的典型闭环控制系统,其根本任务就是实现执行机构对位置指令的准确跟踪,在机床运动位置和角度控制中起到重要作用。针对一个小功率直流电机型随动系统,进行数学建模研究,并用状态空间形式予以描述。基于该数学模型,设计出一个LQR最优控制器。仿真结果表明:所提出的控制方法具有超调量小、调节时间短、稳态精度高的性能优势。此外,该方法较为简单,易于工程实现。     

数控机床直线伺服系统混合LQ-H∞控制器设计

文章基于永磁直线同步电机系统提出了一种将线性二次型最优控制同H∞鲁棒控制相结合的鲁棒跟踪控制策略,文中的控制器由两部分组成,H∞鲁棒反馈控制器和线性二次型最优控制器,前者作为抗扰调节器,后者作为跟随调节器。这种控制策略的优点在于,它既能利用H∞控制方法保证系统的鲁棒性能,克服系统中存在的模型不确定性与外部干扰对系统性能的影响,又能够利用线性二次型最优控制器的线性反馈控制策略保证系统的跟踪性能。仿真结果表明,该方案在保证对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性的同时,又改善了伺服系统跟踪的快速性、精确性。     

六腿滚动式奔跑机器人的建模与跟踪控制

针对欠驱动非完整约束六腿滚动式奔跑机器人,进行动力学建模与跟踪控制器设计。根据机器人的结构特点,采用拉格朗日法在俯仰和横滚2个方向上分别建立动力学模型,把动力学模型转化为规范形;以驱动电机力矩作为控制输入,为提高轨迹跟踪控制精度,在俯仰方向上基于HJI理论设计滑模鲁棒控制器。在横滚方向上,为提高系统的鲁棒性,设计反步滑模控制器,并利用Lyapunov函数证明闭环系统的稳定性;通过MATLAB进行仿真实验。结果表明：所提方法具有可行性。     

交流伺服系统最优模糊控制器设计

PID控制器性能好坏的关键在于比例、积分和微分参数的选择.传统PID调节器中参数的选择主要依靠反复调试和经验知识,但由于参数之间的互相影响以及PID调节器对被控对象的鲁棒性较差,因此将其应用于交流伺服系统中难以取得满意的效果.根据交流伺服系统高精度、快响应的要求,设计了一种应用于交流伺服系统的基于适应性遗传算法优化的交流伺服系统模糊PID控制器.试验结果表明:该控制方法响应快、鲁棒性强,系统具有较好的动、静态性能和抗干扰能力.     

交流伺服系统的Ziegler-Nichols PI控制

针对永磁伺服系统速度调节器性能较差的问题,提出Ziegler-Nichols PI控制方法.介绍了控制器结构组成及从理论上分析了Ziegler-Nichols PI调节原理;通过大量的仿真实验,详细研究控制器参数对系统性能的影响,得到有关参数选取及控制器设计规律.结果表明,该方法具有较强的鲁棒性及自调节能力.