比例阀控马达自调节前馈补偿跟踪控制

目的针对负载特性是以静扭矩为主的阀控马达电液比例伺服系统的位置跟踪控制,研究在变增益、变死区非线性因素影响下的跟踪性能问题.方法在常规复合控制结合死区补偿方法的基础上,设计了死区和自调节前馈补偿的综合控制方法.结果实验结果表明,在负载扭矩大范围内变化下,正弦和等速跟踪均取得了令人满意的跟踪效果.结论死区和自调节前馈补偿的综合控制方法解决了阀控马达电液比例伺服系统由于变增益、变死区引起的位置跟踪精度问题.     

一类摩擦非线性系统的PID控制和摩擦补偿控制的实验比较研究

研究一类高度非线性摩擦特性影响下的控制系统的定位控制问题 .针对负载扭矩变化而造成摩擦特性的变化 ,采用PID控制和摩擦补偿控制对阀控液压马达控制系统的定位控制进行实验对比分析 .实验结果表明 ,常规比例控制由于受摩擦的影响产生较大的稳态误差 ,而积分控制的引入可减小稳态误差 ,但却引起系统产生极限环振荡和较长的调节时间 ;简单的定摩擦补偿在恒定的负载扭矩下可以有效地减小稳态误差 ,但是当负载扭矩大范围变化时 ,稳态定位精度将大大降低 ;基于误差和误差变化的动态摩擦补偿 ,在负载扭矩大范围变化的条件下均获得了高精度的定位控制 .     

基于重复控制补偿的电液位置伺服系统分数阶PID控制

针对电液位置伺服系统参数时变和外负载干扰等不确定性,建立了电液位置伺服系统数学模型.为了提高电液位置伺服系统的跟踪精度,基于分数阶控制理论,引入重复控制回路,提出一种基于重复控制补偿的分数阶PID控制策略,采用Oustaloup滤波算法实现分数阶微积分运算.应用MATLAB/Simulink仿真软件对控制策略进行验证,分析了系统开环增益、伺服阀固有频率和阻尼比、动力机构固有频率和阻尼比等参数摄动时的跟踪效果.仿真结果表明:所提控制策略有效提高了电液位置伺服系统的跟踪精度,抗参数摄动能力较强,鲁棒性较好.     

New Dead-zone Compensation Approach for Proportional Flow Valve

新的比例流量阀死区补偿方法

吴强,吉星宇,王鹤,郝慧敏,黄家海

（太原理工大学 机械与运载工程学院,太原 030024）

创新点说明：

对于没有位移传感器的电液比例流量阀存在的死区问题,提出了基于阀口压差的死区补偿方法,并针对不同的压差工况,提出修正系数优化补偿方案。

中文说明：

针对无阀芯位移传感器的电液比例流量阀面临的死区问题,常规的死区补偿方法效果十分有限,为解决这一问题,提出一种新的死区补偿方法。首先对电液比例流量阀结构和死区模型进行了描述,提出了基于阀口压差的死区补偿方法;其次,利用Matlab/Simulink软件建立了死区补偿模型,对比分析了不同压差条件下死区补偿方法的有效性;最后,搭建了由补偿器、NI数据采集仪、电液比例流量阀等组成的试验台,对比分析了仿真和实验的补偿结果以及负载、温度等因素对死区的影响。研究结果表明,压差是影响死区范围的一个重要因素,死区范围随着压差的增大而减小,所提死区补偿方法可将无阀芯位移传感器比例流量阀的死区范围减小到3.5%;针对阀口压差变化所导致的补偿精度降低的问题,提出了补偿系数修正补偿曲线以达到期望效果,并有效避免了由压差引起的过补偿现象。此外,实验论证了温度对死区范围影响很小,补偿器在不同温度、负载条件下依然可以正常工作。因此可得如下结论：本文提出的基于阀口压差的死区补偿方案,在5Mpa和1Mpa工况下,可以将死区减小到3.5%,针对不同温度、负载工况下实际补偿效果的分析,验证了该补偿方法的有效性。但是,关于负载对于死区范围的影响,本文并没有做相关探索,在后续研究中将予以讨论。

关键词：比例流量阀、流量死区、死区补偿、压差

     

高精度电液位置伺服系统的智能控制

针叶具有时变参数、负载扰动的电液伺服系统,提出带有专家智能协调控制器的Ｂａｎｓ －Ｂａｎｇ控制、模糊控制与神经网络控制策略相结合的智能控制方案,导出了智能控制 算法,并进行了仿真实验,结果证明该控制方法控制启动快、无超调,静态误差小、抗随 机扰动强．     

纯水比例溢流阀控制特性与补偿方法的研究

为了改善纯水比例阀的静动态控制性能,以TIEFENBACH的PDBV型三级座式纯水比例溢流阀为对象,研究阀的控制特性与补偿方法.阀的结构分析和静态比例调节特性试验表明,阀的开环静态特性滞环和死区大,线性可控性差;直接闭环控制的稳定性差,极易产生入口压力振荡.根据阀的开环静态特性试验结果,基于线性拟合建立了分段线性化的迟滞逆模型,并用于阀的前馈控制回路.阀控制特性的补偿效果试验结果表明:阀的前馈静态迟滞补偿大大减小了滞环和死区,提高了线性度,但是在正阶跃响应下易产生大幅超调和压力冲击.在直接前馈补偿中加入单边脉冲反馈的控制方式,可以基本消除超调现象.迟滞补偿对阀的非线性的有效改善,提高阀的控制性能,进一步扩大了水液压比例压力控制技术的应用.     

高精度电液位置伺服系统的智能控制

针对具有时变参数、负载扰动的电液伺服系统,提出带有专家智能协调控制器的Ｂａｎｇ－Ｂａｎｇ控制,模糊控制与神经网络控制策略相结合的智能控制方案,导出了智能控制算法,并进行了仿真实验,结果证明该控制方法控制启动快,无超调,静态误差小,抗随机扰动强。     

电液位置伺服系统PWM控制的方法

目的 研究脉宽调制(PWM)控制方法 对电液位置伺服系统动态特性的影响和作用以及在系统中的实现.方法 在使用PWM时伺服阀始终处于大开口状态.利用电液伺服阀大开口时流量压力系数较大的特点,增加电液伺服系统的阻尼.对其实现过程进行描述,并进行理论分析和仿真计算.结果 理论分析证明此方法 是可行的.仿真计算表明这种方法 可以大大增加电液伺服系统的阻尼,改善电液伺服系统动态特性.如在给定的条件下.将阻尼0.054增加到0.398,既将阻尼增加近10倍.结论 显著增加系统阻尼,使得系统取得良好的一致响应;并且能有效的减少系统超调量;易于在实际中实现.     

液压驱动四足机器人变刚度力跟踪控制

针对液压驱动机器人在变刚度条件下力控制问题,建立了液压驱动四足机器人系统的阻抗模型和带有弹性负载的阀控缸模型.分析系统刚度变化对系统性能的影响,指出常规控制策略在精确足力跟踪控制中的不足,结合变刚度条件下阻抗模型和电液位置伺服系统的特点,提出实现精确足力跟踪的模糊自适应PID位置内环控制和模糊阻抗外环控制的复合控制策略.在半实物仿真平台上进行变刚度条件下的足力跟踪实验,仿真结果表明：在变刚度条件下,足力跟踪曲线最大超调及稳态误差均小于5%,调整时间基本相同,验证了所提控制策略的有效性.     

电液位置伺服系统的一种局部自适应方法

目的设计一种自适应的控制方法，消除机器人动力参数的变化对其电液位置伺服系统动态特性的影响．方法根据电液位置伺服系统本身的结构特点。提出和设计了一种局部自适应的控制方法，使用参数估计的方法对系统动态参数进行估计，以此参数设计控制策略．结果对局部自适应的控制方法进行的分析和仿真计算结果表明，这种方法可基本消除机器人动力参数的变化对其电液位置伺服系统动态特性的影响。并取得较为理想和一致的特性．结论在变负载的电液位置伺服系统中可以采用基于预报模型局部自适应控制方式，这种局部自适应方法可以显著抑制负载质量变化的影响。使得系统取得良好的一致响应；并且能有效地减少系统超调量．     

基于模型参考自适应的AGV运动控制系统设计

为了消除自动导航车（AGV）麦克纳姆驱动轮间负载不均衡引起的控制系统不确定性问题,提出基于模型参考自适应控制（MRAC）的伺服控制方法.建立驱动轮伺服电机的数学模型,根据李雅普诺夫稳定理论求解MRAC控制律和自适应律,并确定自适应律算法的正定矩阵.根据AGV实际运行过程中伺服电机的频率特性,引入低通滤波器.综合AGV定位精度和MRAC系统稳定性,确定二阶巴特沃兹低通滤波器的截止频率.在保证控制系统稳态精度的同时,有效抑制高频振荡.实验结果表明：基于MRAC的AGV在复杂工况下的控制性能保持了较高的稳定性,每个电机的速度波动不超过3%,定位精度误差小于3.6 mm.     

永磁同步电机最大输出功率伺服系统的能量成形控制

应用能量成形方法,将永磁同步电机控制系统看作二端口能量转换装置,建立了位置伺服控制模型,求取了满足最大输出功率原理的系统平衡点。选择了期望的哈密顿函数,配置了期望的互联和阻尼矩阵,设计了位置控制器,并针对负载转矩存在未知扰动的情形,设计了负载转矩观测器。仿真结果表明,所设计的控制系统得到令人满意的位置跟踪特性,响应快速准确,对负载转矩扰动具有很好的抑制作用。     

异步电机的一类无源性快速渐进跟踪控制器

基于无源性控制的原理和设计方法，研究了在负载转矩和期望转矩均为时变情况下，异步电机转矩渐进跟踪控制的收敛速度问题，给出了提高收敛速度的控制器设计方法和设计结果，计算期望轨道的一般方法和步骤，以及为提高渐进跟踪速度时增益系数矩阵的一般形式，改进和发展了已有的相应研究结果。     

限速伺服系统的近似时间最优控制方案

针对典型的双积分伺服系统,提出一种基于模式切换的近似时间最优控制方案,实现系统在速度受限条件下的快速与准确的位置伺服控制。近似时间最优控制律在初始误差较大时先以最大控制量进行加速和减速,而当误差较小时平滑过渡为线性控制;为满足速度限制,在系统的加速段和减速段之间插入一个恒速控制段,并设计了模式切换流程;采用一个线性扩展状态观测器对系统未量测速度和未知扰动加以估计,用于反馈和补偿,以消除系统稳态误差。提出的控制方案被应用于永磁同步电机位置伺服系统,基于TMS320F2812DSP进行了实验测试,结果表明系统可以在各种负载扰动和转速限制下实现大范围的位置控制,且具有良好的性能。     

基于PCH控制的永磁同步电动机自适应L2扰动抑制

针对隐极永磁同步电动机（permanent magnet synchronous motors,PMSM）速度控制易受定子电阻、定子电感、负载转矩变化的影响,采用端口受控哈密顿（port—con—trolled hamiltonian,PCH）控制与自适应L2扰动抑制相结合的方法设计了PMSM的速度控制器。应用L2增益控制原理对负载扰动进行有效地抑制,在L2增益控制的基础上,引入自适应方法,减小PMSM定子电阻和电感变化的影响。文中建立了基于状态误差PCH控制的PMSM自适应L2扰动抑制仿真模型。仿真结果表明,用L2扰动抑制可以对负载扰动进行有效抑制,更好的减小误差,获得的效果更佳。     

基于模糊RBF神经网络的永磁同步电机位置控制

针对比例-积分-微分(PID)控制器参数固定而引起永磁同步电机位置伺服系统控制效果不佳问题,设计了基于平滑切换的模糊PI控制和径向基函数(RBF)神经网络PID控制的位置控制器。暂态时,采用模糊PI控制;稳态时,采用RBF神经网络PID控制,两者中间采用模糊PI-RBF神经网络PID复合控制。该位置控制器既结合了模糊PI控制和RBF神经网络PID控制的优点又克服了各自的缺点。仿真结果表明,当永磁同步电机受到外部扰动时,采用模糊RBF神经网络控制器的永磁同步电机位置系统具有良好的动态性能,能够实现快速响应,做到精确定位,而且当负载变化时具有很强的抗干扰性。