带干扰观测器的航空相机前向像移补偿控制器

研究了飞机姿态角速度变化的不确定性扰动对相机反射镜前向像移补偿效果的影响,设计了带有干扰观测器的伺服控制方案来抑制干扰.介绍了一种基于力矩扰动作用的反射镜系统数学模型.采用干扰观测器将外部力矩干扰及模型参数变化造成的实际对象与名义模型输出的差异等效到控制输入端.然后,在控制中引入等效的补偿来实现对干扰的抑制.最后,应用该方法设计了带有干扰观测器的控制器对相机反射镜组件进行像移补偿控制.与先进的PID方法的比较结果表明:在相同扰动作用下基于干扰观测器的补偿控制算法得到的干扰前向像移残差减小了40％～60％左右.该方法提高了相机反射镜前向像移的补偿精度和补偿控制的鲁棒性.     

基于变论域模糊补偿的机械臂自适应控制

针对存在建模不确定性和外部干扰的机械臂系统，设计了一种结合标称计算力矩控制器和变论域模糊补偿器的复合控制方案，其中利用变论域自适应模糊控制器对建模不确定项进行估计和补偿，利用计算力矩控制器求解标称系统控制力矩。针对伸缩因子设计的自适应律使得变论域自适应模糊控制器在不同时刻适用于状态空间的不同区域，提高了系统的响应速度，大幅减小了系统的稳态跟踪误差，而且跟踪过程平稳柔顺、抖振极小，从而提升了系统的轨迹跟踪性能。仿真结果和实体试验结果均表明所提方法具有有效性。     

基于模糊干扰观测器的电动Stewart平台自适应模糊控制

建立了一个电动Stewart平台的统一动力学模型,并基于它设计了一种新型的自适应模糊控制算法。这个统一的动力学模型在任务空间中使用了Newton-Euler方法建立,同时结合了平台动力学和执行器动力学模型。自适应模糊控制算法使用计算力矩方法设计运动平台标称模型的逆动力学控制器,然后使用基于模糊干扰观测器的自适应模糊控制器对模型的不确定性和外部扰动进行补偿。通过数值仿真分析表明,在不引入高增益控制器的情况下,成功地消除了平台参数的不确定性和外部干扰的影响,保证了平台的跟踪性能。     

小孔节流动静压混合气体润滑球轴承的干扰力矩分析

为提高小孔节流动静压混合气体润滑球轴承的漂移精度,分析了气体干扰力矩(误差力矩)的成因,在一定假设条件下,建立了干扰力矩的数学模型;运用有限元方法,实现了该结构轴承小误差条件下气体干扰力矩的数值求解,并分析了节流孔的孔径误差、节流孔在球面上的位置度误差、球或球腔的非球形误差等几种常见误差对干扰力矩的影响规律。结果表明,节流孔尺寸误差越大、位置偏移误差越大,引起的干扰力矩越大;转子或球腔的非球形误差以及方位角变化,使转子表面切向方向存在不对称的气体分流,使支撑力不通过球心,引起干扰力矩,非球形误差越大,干扰力矩越大;干扰力矩随轴承偏心率增加而增大,同时轴承发生轴向和径向偏心时,即使无误差,也会产生干扰力矩;摩擦力矩不直接影响仪表的漂移率,只对转子的转动起阻尼作用。实验测量了静止状态下,一种开式结构的小孔节流气体润滑球轴承的干扰力矩,验证了该模型和求解方法的正确性。     

负载力矩补偿的转速模拟系统复合控制

从转速模拟系统的干扰因素,对主要负载力矩干扰,提出了基于负载力矩补偿的复合控制:首先从结构不变性原理出发,通过干扰力矩观测器对速度控制进行前馈补偿,其次从增速装置后的力矩传感器获得的力矩信号进行微分负反馈补偿。仿真证明了本文提出的控制方法在抑制负载干扰方面取得了一定的效果。     

抑制电液力矩控制系统的多余力矩的新方法

针对电液力矩负载模拟器的多余力矩的抑制问题,分析了现有抑制方法的优缺点.在考虑力矩传感器刚度和加载侧惯量影响的情况下,建立了电液力矩加载系统的动态模型,指出多余力矩不仅与运动速度干扰有关,而且还与运动加速度干扰和加速度的变化率干扰有关.在此基础上给出了一种从职能分工角度抑制多余力矩更有效的控制方法--混合控制法.通过对所开发研制的一种电液力矩负载模拟器的试验表明,经辨识所得出的多余力矩的变化规律与理论结果完全一致,新方法补偿多余力矩的效果大为提高,且具有较强的适应性.     

四轮轮毂电机驱动智能电动汽车转向失效容错控制研究

四轮轮毂电机驱动电动汽车各轮驱动力矩独立可控,可通过控制前轴左右两轮的力矩差实现前轮转向。以四轮轮毂电机驱动智能电动汽车为研究对象,针对线控转向系统执行机构失效时的轨迹跟踪和横摆稳定性协同控制问题,提出一种基于差动转向与直接横摆力矩协同的容错控制方法。该方法采用分层控制架构,上层控制器首先基于时变线性模型预测控制方法求解期望前轮转角和附加横摆力矩,然后考虑转向执行机构建模不确定性以及路面干扰,设计基于滑模变结构控制的前轮转角跟踪控制策略。下层控制器以轮胎负荷率最小化为目标,利用有效集法实现四轮转矩优化分配。最后,分别在高速换道和双移线工况下仿真验证了该控制方法的有效性和实时性。     

模块化机器人神经网络补偿计算力矩控制研究

为了解决模块化机器人由于构型可变等特点导致参数不确定与非参数不确定性增大引起轨迹跟踪不理想的问题,设计神经网络补偿计算力矩复合控制器。考虑机器人参数不确定与摩擦、干扰等非参数不确定性,将动力学模型分为理想部分和不确定部分,用计算力矩法实现理想模型控制,用BRF神经网络补偿不确定部分。利用Lyapunov理论证明控制器稳定性并采用自适应算法实现神经网络权值在线自调整。最后,仿真发现使用该控制器取得良好的轨迹跟踪效果。     

半碗六电极悬吊球形转子的静电场干扰力矩分析

总结了国内外计算静电悬浮球形转子的干扰力矩方法。基于静电力相对转子几何中心形成的力矩的计算,推导了半碗六电极悬吊转子装置的静电场基本干扰力矩计算公式。干扰力矩以转子失中度、非球度、转子极轴相对于电极坐标系的偏移、电极电压和电极槽描述。通过仿真,界定了满足一定干扰力矩的各因素的取值范围。研究结果对于球形转子平衡装置的研究与设计具有参考价值。     

提高双框架磁悬浮CMG动态响应能力的磁轴承补偿控制方法与试验研究

针对高动态响应双框架磁悬浮控制力矩陀螺对高速转子悬浮精度的影响,分析磁悬浮高速转子与内、外框架非线性耦合特性,建立内外框架转动时的高速转子动力学模型.该模型在原有陀螺力矩的基础上兼顾转动惯性力矩,考虑到转动惯性力矩中框架角加速度变量在测量过程中存在的不确定干扰和噪声,采用鲁棒H(滤波对内外框架角加速度进行滤波估计;在此基础上,根据力矩补偿控制策略,利用磁轴承控制系统驱动线圈产生相应的电磁力,对转动惯性力矩和陀螺力矩进行补偿控制.试验结果表明,H(滤波对于噪声的不确定性具有良好的鲁棒性,磁悬浮高速转子跳动量减至补偿前的30%以内,提高了磁悬浮系统的稳定性和悬浮精度,改善了控制力矩陀螺的力矩输出特性.     

前馈控制加模糊补偿的机器人关节角度追踪

为解决不确定性机器人的关节角度追踪问题,提出一种前馈控制加模糊补偿的控制方法。将机器人动力学方程引入前馈控制,减小关节角度初始误差。为提高关节角度追踪的稳定性,模糊控制不直接输出关节补偿力矩,而是输出关节力矩补偿系数,其与前馈关节力矩相乘间接得到关节补偿力矩对机器人不确定性进行补偿。通过ADAMS和Matlab/Simulink对关节角度追踪控制效果进行验证。仿真结果表明,该方法对不确定性机器人的关节角度追踪控制是有效的,其关节角度追踪误差绝对值小于1.5×10^-4rad。     

主动补偿式超低干扰力矩气浮转台的设计

由于微纳卫星反作用飞轮的输出力矩与气浮转台的干扰力矩属于同一量级,故无法直接采用气浮转台实现微纳卫星姿态动力学仿真及姿控系统的地面试验验证。为了解决这一问题,设计并研制了主动补偿式超低干扰力矩气浮转台。对气浮转台的干扰力矩进行分析,提出了3种减小干扰力矩的方法:通过优化设计,降低了黏滞阻尼力矩;通过配置斜向节流孔,并单独供气,产生大小可调的主动涡流以抵消气浮轴承的固有涡流,从而降低涡流力矩;利用气浮轴承的摆动特性实现高精度平衡调节,减弱了重力诱导力矩。最后,设计了微小力矩测量装置,测量了剩余干扰力矩并基于测试结果来指导涡流力矩和重力诱导力矩补偿过程。测试结果显示:气浮转台实现的干扰力矩小于5×10-5 Nm,小于反作用飞轮的最小输出1×10-4 Nm,满足微纳卫星姿态动力学及控制的地面验证需求。     

导引头稳定平台弹性干扰力矩分析与优化技术

为降低导引头稳定平台运动过程中,与其相连接的线缆和管路随之运动产生的弹性干扰力矩,以弹性细杆非线性力学理论为基础,对稳定平台所属的运动线缆和管路进行建模与仿真分析。在仿真分析的基础上,提出弹性干扰力矩的精确计算方法,并将其应用于线缆虚拟布线设计中。以弹性干扰力矩的仿真计算结果为判据,对线缆布局设计进行优化。通过实验验证,表明该方法可以有效地将弹性干扰力矩限制在允许的范围内,进而提高制导精度。     

基于自适应模糊神经网络辨识的电液伺服系统L2增益设计

为克服电液伺服系统不确定性、非线性、估计误差和干扰等因素对系统稳定性和精度的影响，提出了基于自适应模糊神经网络辨识的电液伺服系统L2增益设计方法。用自适应模糊神经网络在线估计包括系统不确定性和非线性在内的未知动态特性，同时用增益自适应变结构补偿自适应模糊神经网络的估计误差，用系统L2增益设计方法抑制干扰对系统的影响，以期使系统对不确定性和非线性具有鲁棒性，而且从干扰到描述系统跟踪误差的评价函数的L2增益小于指定值。     

基于干扰观测器和最优LQR的电液压系统的复合控制研究

随着电液压系统在自动控制领域的广泛应用,复杂工艺环境对其性能的要求也越来越高,但是模型不确定性和负载力矩干扰的存在阻碍了系统性能的进一步提升.针对干扰观测器(Disturbance Observ-er,DOB)在提高控制系统鲁棒性方面的优势,以及复合控制器在改善伺服系统跟踪性能方面的能力,提出了一种双环控制结构,即内环DOB与外环复合控制器相结合的方式.同时,在构造外环复合控制器时,采用状态空间设计的方法,并借助于最优LQR理论.计算机仿真结果表明,相比传统控制方案,所提出的双环控制方案可实现电液压系统更精确的位置跟踪以及针对建模误差和负载力矩干扰的更强鲁棒性.此外,该研究控制方案的结构较为简单,易于工程实现.     

三轴液压仿真转台全滑模变结构控制器设计

根据三轴液压仿真转台具有框架间力矩耦合，受复杂摩擦力矩干扰及液压系统参数摄动的特点，设计了具有积分补偿的动态全滑模变结构控制器，使系统三框架始终在各自滑模上运动，实现了解耦和对外干扰及参数摄动的不变性，并利用自适应模糊机构实时调整趋近率以减小滑模的抖振。仿真表明该方法具有较高的跟踪精度和鲁棒性能。     

稳定平台中活动线缆的虚拟布局设计方法

针对稳定平台中活动线缆布局设计不合理造成的弹性干扰力矩较大的问题,提出一种基于运动仿真的活动线缆虚拟布局设计方法。该方法首先从拉伸、弯曲和扭转等方面考虑了线缆的物理属性,并建立基于Cosserat弹性杆理论的线缆物理模型,在此基础上建立了以活动线缆干扰力矩最小为目标的布局优化模型,针对无干涉约束、无过弯约束和长度约束进行了仿真过程中的约束条件检测,并以线缆两端的位置、姿态和线缆长度为变量参数,通过交互的和自动相结合的优化迭代方法获得了最小干扰力矩值下的布局方案。最后以某产品的稳定平台为实例,分别进行了仿真计算和实物布线,并对比分析了初始布线方案与优化后的布线方案相对应的弹性干扰力矩,结果表明提出的方法能够有效减小活动线缆所引入的干扰力矩值。     

基于滑模自适应控制的电液位置伺服系统低速性能改善

在低速、超低速运行时,电液伺服系统受到以摩擦力为主的干扰力矩和参数不确定性等扰动,进而影响电液位置伺服系统的低速性能。该研究从低速平稳性和跟踪精度两个角度出发,分析了电液位置伺服系统低速性能的主要影响因素,提出了一种滑模自适应控制方法。并将该方法应用于某硅钢厂电液单辊CPC系统,进行了仿真。研究表明,在考虑系统非线性、扰动及参数不确定性的情况下,该研究的滑模自适应控制方法能够有效地抑制抖振并获得伺服系统的低速平稳、快速跟踪。     

气浮台质心漂移干扰力矩及最优参数研究

三轴气浮台质心漂移引起的干扰力矩是衡量气浮台工作能力的重要指标。针对航天八院研制中的5 000 kg三轴气浮转台干扰力矩评估与最优设计问题,建立理论分析模型,论述气浮台的质心漂移取决于三个基本变形参数。然后采用数值仿真和理论分析的方法,深入讨论气浮球心最优偏移与气浮台重力干扰力矩之间的关系,基于分析结论建议初始姿态调平后气浮球心相对于气浮台质心适当偏移可以有效抑制干扰力矩。结论还认为微摆0.3°产生的干扰力矩接近零对气浮台结构设计来说并不是困难,追求摆动0~15°范围内重力干扰力矩最小才是气浮台设计所面临的最大挑战。另外,还总结了最优参数的变化趋势,为气浮台的设计、调平提供了有益的建议。     

三浮陀螺磁悬浮干扰力矩误差建模

三浮陀螺仪是三浮平台惯导系统中的核心器件,其性能在很大程度上决定了系统所能达到的最高指标。作为三浮陀螺的关键技术,磁悬浮支承在实现浮子精确定中的同时也引入了磁悬浮干扰力矩。按照误差来源和作用机理,将磁悬浮干扰力矩的影响要素分为力和力臂两方面。对照陀螺漂移模型对无法补偿的磁悬浮干扰力矩进行了建模,并综合温度和过载对误差模型中各项误差的影响,建立了新的三浮陀螺误差模型。磁悬浮干扰力矩会产生陀螺零次项和一次项漂移,通过六位置法可以将磁悬浮干扰力矩从陀螺漂移模型中分离出来。根据磁悬浮干扰力矩和磁悬浮平均加力可以估算出干扰力矩等效的力臂,该值可用于对仪表的机加装配过程的检查和仪表的设计改进,提高仪表的使用精度。