机床用直线伺服系统改进型ADRC设计

针对永磁直线电机伺服系统存在纹波推力扰动、负载扰动、摩擦力扰动和其他不确定性扰动,文章提出了一种双闭环改进型自抗扰控制器优化设计方法.针对永磁直线同步电机(PMLSM)系统,设计了速度环和位置环自抗扰控制器,并对一阶自抗扰控制器(ADRC)进行了优化,在保证控制器性能的前提下,省略掉ADRC模型中的非线性跟踪微分器(TD)环节,同时为有效降低模型复杂程度,减小算法计算量,采用线性比例调节代替非线性状态反馈控制律(NLSEF),实现了永磁直线同步电机的改进型双闭环自抗扰控制.仿真结果表明,该自抗扰控制器能够很好的解决强耦合和非线性问题,能够提高系统的响应速度,减小稳态误差且无超调,对负载扰动、电机参数变化具有良好的鲁棒性.     

磁悬浮永磁直线电机伺服系统H∞鲁棒控制的研究

磁悬浮永磁直线电动机具有直接驱动与磁悬浮的特点,它能消除传动链所带来的不良影响以及动子与静止导轨之间的摩擦,提高系统的快速反应能力和精度.针对磁悬浮永磁直线电动机中的不确定性扰动,提出基于黎卡提不等式(Riccati)方法设计进给系统的H∞鲁棒控制器.首先,采用矢量控制方法中的id=0控制策略,把非线性系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.其次,在建立系统状态空间模型的基础上,将此系统归结为标准的H∞控制问题,通过求Riccati不等式的对称正定解,进而得到磁悬浮永磁直线电动机系统的状态反馈H∞控制器.最后,在MATLAB环境下搭建系统的仿真模型,对控制系统进行仿真研究,结果表明所设计的H∞控制器满足对不确定性扰动抑制的要求.     

基于线性化解耦的永磁直线伺服系统H∞鲁棒控制器的设计

对数控机床永磁直线伺服系统速度跟踪问题,提出基于线性化解耦的H∞鲁棒控制器的设计.永磁直线同步电动机由于模型的非线性和变童间的耦合给系统的控制带来困难,在速度跟踪控制中,采用状态反馈线性化方法来实现模型的精确线性化和动态解耦.利用非线性坐标变换和非线性反馈将系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统.进而,通过设计H∞鲁棒控制器来实现速度跟踪控制.仿真结果表明,用该方法设计的数控机床永磁直线伺服系统具有良好的速度跟踪性能.和干扰抑制性能.     

改进自抗扰的PMSM双环伺服系统控制研究

永磁同步电机(PMSM)在电机参数本身变化和外部负载干扰等复杂环境下,传统控制方法无法满足伺服系统对于精度高、抗扰性强和稳定性好的要求。针对该问题,提出一种改进自抗扰(ADRC)的双环控制策略。结合PMSM控制模型和ADRC参数在PMSM中的实际物理意义,设计了改进扩张状态观测器(ESO)的二阶非线性自抗扰控制器实现对位置和速度的联合控制,简化了控制结构以提高伺服系统响应速度,设计了一阶线性自抗扰控制器实现对电流的控制,减小其对外环的影响以进一步提高伺服系统对高性能要求,给出了双环控制器一整套参数整定方法。在MATLAB/Simulink上的仿真实验结果表明,相较于标准ESO,改进ESO更加遵循实际,整个控制策略对于负载扰动和参数摄动表现出很好的抗扰性能和控制精度。研究结果表明,该控制策略能够有效满足PMSM伺服控制系统对高性能的要求。     

基于模型线性自抗扰的PMLSM位置控制

永磁直线同步电机(PMLSM)由于受到摩擦力变化和外部扰动等不确定性的影响,降低了伺服系统的位置控制精度.针对该问题,提出了一种基于模型信息的线性自抗扰控制算法.将PMLSM运行过程中受到所有的不确定性归为未知总扰动,建立了简化的PMLSM伺服系统控制模型.设计了融合模型参数信息的模型线性扩张状态观测器和带有加速度前馈...     

交流永磁同步系统的自抗扰控制研究

为了提高控制系统的鲁棒性,给出了交流永磁电机的速度环自抗扰控制方案.该控制方案不需要精确电机参数就可以实现扰动补偿,控制器的设计也不需要建立电机和负载的精确数学模型.自抗扰控制器利用其内部的扩张状态观测器可以估计出系统的内外扰动,据此将电机等效为由一个非线性系统构成的串联对象,设计出一阶自抗扰控制器实现对电机的转速控制.实验结果表明,自抗扰控制器对电机模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的适应性和鲁棒性,控制系统具有优良的动态性能.     

基于GA的直线伺服系统H∞优化控制的研究

针对永磁直线伺服系统存在的不确定性扰动,提出基于遗传算法(GA)的H∞混合灵敏度控制方法.根据永磁直线伺服系统的数学模型,对电流环采用PI控制,用根轨迹法来确定控制器的参数;以参考输入和扰动作为系统的输入向量,考虑系统对参考输入的跟踪和对扰动输入的抑制,将速度控制器设计归结为H∞混合灵敏度问题;在选择多个加权函数时,以性能指标作为相应的适应度函数,采用遗传算法选取加权函数,设计伺服系统的H∞优化控制器.对系统进行计算机仿真.仿真结果表明,用该方法设计的系统,其抑制扰动和跟踪给定信号的性能得到改善,满足高性能数控机床永磁直线伺服系统控制的要求.     

磁悬浮减振器的双闭环控制策略研究

研究一种新型的磁悬浮减振器,它采用永磁铁和电磁铁构成混合式磁悬浮系统,利用磁铁间相互的斥力提供悬浮力,实现柔性减振。在系统模型的基础上,针对减振器磁悬浮系统的非线性、存在未建模动态和不确定性、模型不十分精确的特点,提出采用自抗扰控制器作为外环,PID控制器作为内环,构成双闭环反馈控制方案来实现稳定的悬浮、减振和对扰动的抑制。仿真分析和实验研究表明:采用此控制方案的磁悬浮减振器具有很好的动、静态特性和强抗扰性。     

基于神经网络的虚拟轴机床轨迹跟踪控制方法的研究

针对永磁直线电机驱动的六自由度虚拟轴机床提出基于神经网络的轨迹跟踪控制方法.采用神经网络来实现永磁直线电机伺服系统的位置和速度控制,将负载扰动、杆间耦合扰动等效地看成电动机模型参数的变化,通过调整权值来补偿不确定性扰动对轨迹跟踪控制的影响,保证了系统的鲁棒性.仿真实验结果表明,用该方法设计的虚拟轴机床控制系统具有良好的跟踪给定和抑制扰动的效果,从而保证机床运动协调、姿态合理.     

基于自抗扰控制永磁同步电机交流伺服系统研究

以一种用于电机测试设备的全闭环三轴交流伺服驱动自动定位安装台架为研究平台,针对三轴传动系统升降Z轴在工作工程中存在的干扰力矩严重影响永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)伺服系统性能的问题。为了克服电机及负载在内的广义被控对象不确定性因素和非线性因素对系统性能造成的影响,提出了一种改进的基于自抗扰控制器(Auto Disturbance Rejection Controller,ADRC)的PMSM位置伺服系统。自抗扰控制将系统所有扰动量作为系统的一个状态变量,利用扩张状态观测器对扰动进行在线估计,并根据估计结果对扰动进行前馈补偿控制,从而抑制扰动对整个伺服控制系统的影响。最后,通过搭建Matlab/Simulink仿真实验平台,实验结果表明,自抗扰控制器对电机模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的适应性和鲁棒性,控制系统具有优良的动态性能。     

精密六自由度平面悬浮平台悬浮位置控制

介绍了一种由三套悬浮线圈悬挂的精密六自由度平面磁悬浮平台。针对具有非线性和强耦合系统的平面磁悬浮平台的悬浮系统,提出了一种改进的二阶自抗扰控制器（ADRC）。该控制器不仅能对内部干扰和外界干扰进行观测和补偿,而且克服了常规ADRC的非线性状态误差反馈中非线性函数的粗糙性。仿真和实验结果表明：采用改进的二阶自抗扰控制方案,平面悬浮级悬浮高度控制系统具有较好的鲁棒性、动静态性能。     

永磁同步直线电机伺服系统负载扰动建模与抑制

针对直线电机伺服系统没有中间传动机构,负载扰动严重影响系统伺服性能这一问题,文章在建立永磁同步直线电机伺服系统负载扰动模型的基础上,提出了一种改进型的扰动补偿器与复合控制器相结合的扰动抑制方法.该方法采用在线扰动观测与补偿器来实时估计源于摩擦力、纹波推力等扰动并进行补偿,并且通过设置电流增益来改善扰动补偿器的动态性能,减少系统响应时间.速度环采用PI与重复控制相结合的复合控制方式,实现速度的精准控制.通过仿真验证,该扰动抑制方法不仅能减小系统的响应时间,而且提高了直线电机伺服系统的控制精度和鲁棒性.     

精密六自由度平面悬浮平台悬浮位置控制（英文）

介绍了一种由三套悬浮线圈悬挂的精密六自由度平面磁悬浮平台。针对具有非线性和强耦合系统的平面磁悬浮平台的悬浮系统,提出了一种改进的二阶自抗扰控制器(ADRC)。该控制器不仅能对内部干扰和外界干扰进行观测和补偿,而且克服了常规ADRC的非线性状态误差反馈中非线性函数的粗糙性。仿真和实验结果表明:采用改进的二阶自抗扰控制方案,平面悬浮级悬浮高度控制系统具有较好的鲁棒性、动静态性能。     

基于线性自抗扰控制器的异步电机调速系统

针对异步电机难以建立精确的数学模型和矢量控制系统参数鲁棒性差的问题,提出了用线性自抗扰控制器控制异步电机调速系统.线性自抗扰控制器不需要电机的精确数学模型,通过线性扩张状态观测器估计出电机模型中的耦合项及参数摄动等引起的总扰动并加以补偿,能够实现磁链和转矩的完全解耦,从而提高系统性能.为了验证上述方案,对空载起动,突加负载,给定转速变化、转子电阻变化、转动惯量变化等情况进行了仿真,并与自抗扰控制器控制的异步电机调速系统进行了比较.仿真结果表明线性自抗扰控制器和自抗扰控制器一样,无超调、响应速度快、动态速降小、静态无误差,且对负载扰动、电机参数变化等具有很强的鲁棒性,但线性自抗扰控制器需要整定的参数大大减少了.     

6自由度液压机器人的自抗扰控制

为提高6自由度液压机器人电液驱动系统的控制性能,针对电液位置伺服系统的非线性和不确定性,建立了6自由度液压机器人后臂电液位置伺服系统的数学模型,提出了3阶自抗扰控制方案,通过对系统内扰和外扰进行估计和补偿,实现对位置的控制。仿真结果表明,所设计的自抗扰控制器不仅能满足系统对快速性和准确性的要求,而且还能有效抑制负载突变或未知扰动对系统性能的影响,与传统PID控制相比,其具有更强地鲁棒性和抗扰动能力,能满足6自由度液压机器人控制系统动态性能的基本要求。     

基于MPC和DOB的直线伺服控制系统设计

数控机床用永磁直线同步电动机(PMLSM)在高速度高精度加工时存在的系统滞后、外部扰动、系统参数变化等不确定因素严重影响伺服系统的控制性能。为解决这一问题,提出将模型预测控制器(MPC)和扰动观测器(DOB)相结合的预测鲁棒控制系统。采用MPC作为前馈控制器,通过模型预测、滚动优化和反馈校正来提高系统的跟踪性能;采用DOB对外部负载等不确定性扰动进行观测和抑制,进而提高系统的鲁棒性,达到同时提高系统跟踪性能和鲁棒性的目的。仿真实验表明:所提出的控制方法是有效可行的,明显地提高系统的控制精度。     

基于分数阶自抗扰的直线电机点位控制研究

为了解决直线电机点位运动控制系统易受干扰影响的问题,基于分数阶微积分原理和自抗扰技术,提出了基于分数阶自抗扰的直线电机点位运动控制算法,包括跟踪微分器、加速度前馈环节、扩张状态观测器和分数阶比例微分控制器。分析了新型直线电机的设计尺寸、结构特点和工作原理,并建立了直线电机的数学模型。与常规自抗扰控制器以及传统比例积分微分控制器加参考加速度前馈环节进行对比,分别研究了系统未加负载、增加负载以及存在外部扰动时的点位运动性能。对比仿真和实验结果表明,分数阶自抗扰控制器能有效地实现直线电机点位运动控制性能。     

磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统模糊 PID控制器的设计

为消除直线电动机驱动的数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,采用一种新型的磁悬浮永磁直线同步电动机,将矢量控制分别应用于两套绕组,可以实现推力与悬浮力的解耦,进而实现对电动机悬浮子系统的独立控制.针对悬浮子系统为非线性被控对象以及存在不确定性未知扰动的特性,设计模糊PID控制器,并将其应用到悬浮子系统位移环中,以满足悬浮系统控制高精度、高鲁棒性的要求.仿真结果表明:该控制器能起到良好的抗干扰作用,系统的跟踪误差小,可以保持悬浮系统的稳定性.     

自抗扰控制在快刀伺服系统控制中的应用

为了提高微结构自由曲面光学元件超精密加工中快刀伺服系统的跟踪精度和抗干扰性,引入自抗扰控制器。通过对快刀伺服刀架进行建模分析,得到惯性环节和二阶振荡环节串联的等效模型。根据低阶自抗扰控制器控制高阶系统的理论,设计出二阶三维扩张状态观测器,可对来自各种干扰源未知扰动的观测结果做出实时估计和补偿。设计出自抗扰控制器,并给出了参数整定的规则。数字仿真实验表明:自抗扰控制器具有良好的控制品质,应用在快刀伺服系统中可以提高控制系统的跟踪性能和抗干扰性。     

磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统H_∞鲁棒控制器的设计

为消除直线电动机驱动的数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,采用一种新型的磁悬浮永磁直线同步电动机,将矢量控制分别应用于两套绕组可以实现推力与悬浮力的解耦,进而可以对电动机的悬浮子系统进行独立控制。针对悬浮子系统为非线性被控对象,以及存在不确定性未知扰动的特性,对悬浮系统数学模型进行输入输出解耦线性化,通过设计H∞鲁棒控制器来满足悬浮系统控制高精度,高鲁棒性的要求。仿真结果表明,该控制器能起到良好的抗干扰作用,系统的跟踪误差小,可以保持悬浮系统的稳定性。