光电望远镜伺服系统速度环的自抗扰控制

针对大口径光电望远镜惯量大、存在摩擦非线性的特点,设计了自抗扰控制器以改善伺服系统的速度响应特性.介绍了自抗扰控制器的工作原理和基本结构,给出了控制器参数的选择依据,并仿真分析了各个参数的作用效果.最后,在实际望远镜转台上和常规PID控制器进行了对比实验.结果表明,采用自抗扰控制器,既可以实现大速度阶跃响应快速无超调,...     

非线性自抗扰控制对偶然测量误差的抑制作用

金刚石超精密切削是加工微结构表面的有效方法,其关键技术是快速刀具伺服系统(FTS),控制器性能是FTS的一个重要性能指标。针对电磁驱动原理的快速刀具伺服系统,建立执行机构简化的传递函数模型,引入自抗扰控制器作为快速刀具伺服系统的控制器并介绍自抗扰控制器参数的整定。最后采用非线性自抗扰控制技术,并利用MATLAB仿真非线性自抗扰控制(NLADRC)和线性自抗扰控制(LADRC)对偶然测量误差的抑制作用,得出结论为非线性自抗扰控制相比线性自抗扰控制可以更好的抑制偶然测量误差造成的不利影响。     

线性自抗扰气缸位置伺服控制研究

针对气动伺服系统复杂的非线性问题,提出了一种线性自抗扰控制策略对气动伺服系统进行位置控制。利用线性自抗扰控制器不依赖于被控对象精确数学模型的特点,解决被控气动系统内外各种不确定性,设计了线性扩张状态观测器来估计和补偿系统的全部干扰,同时给出了线性状态误差反馈控制器来保证系统的闭环响应性能。证明了线性扩张状态观测器的收敛性和闭环系统的镇定性。应用线性自抗扰控制策略与PID控制策略在气缸伺服系统中进行实验、比较,实验结果表明所设计的线性自抗扰控制器具有良好的控制效果。     

线性/非线性自抗扰切换控制在变载荷气动加载系统中的应用

针对气动加载系统压力跟踪控制中强非线性、强耦合性、模型不精确性等问题,提出一种线性/非线性自抗扰切换控制器,该控制器结合了线性自抗扰控制器参数整定简便、理论分析简单和非线性自抗扰控制器跟踪精度高、响应快的优点,设计线性/非线性切换扩张状态观测器对系统的耦合项以及不同幅值的扰动等不确定项进行估计,并采用切换状态误差反馈控制律给予实时主动补偿,进而实现系统加载压力的实时控制,并完成了线性/非线性切换扩张状态观测器的收敛性证明。最后,在气动变载荷摩擦磨损试验机试验平台上进行试验验证,与线性自抗扰和非线性自抗扰进行对比,试验结果表明,改进的控制器具有抗干扰性强、跟踪精度高、应用性强等特点。     

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。     

自抗扰控制器的无摩擦气缸控制研究

气动伺服系统是典型的非线性系统,因气体的可压缩性及阀口流量的非线性等因素,传统的控制策略(如PID)的控制性能很难达到系统要求,对其实现高精度的压力控制尤为困难。针对比例流量阀及无摩擦气缸的气动伺服系统建立二阶数学模型,建模过程为控制算法提供一个大致精确的参考模型。之后,将自抗扰控制算法引入到伺服系统控制器设计中,并基于Labwindows CVI开发平台对该系统实现高精度压力控制。实验结果表明,相比较于传统PID控制器,自抗扰控制器具有控制精度高,响应速度快,抗干扰能力强等优点。     

自抗扰算法在直流力矩电机伺服系统中的应用

在直流力矩电机驱动的伺服系统中,由于存在诸多非线性因素和随机性因素,所以致使模型难以准确建立,各类影响因素不能被准确补偿,从而降低了系统仿真分析的有效性和实际应用的控制精度。针对此,引入自抗扰算法,即根据直流力矩电机伺服系统的特性设计自抗扰控制器,综合在线估计,补偿影响因素,即将所有影响因素归结为一个总扰动进行在线观测和补偿,以期进一步提高伺服精度。通过对系统施加苛刻的干扰条件进行仿真研究,根据分析仿真结果整定出控制器参数。为了验证控制算法的有效性,将整定好参数的控制器应用于直流力矩电机驱动的转台内框上进行实验。实验结果表明,基于自抗扰算法控制的转台内框获得了很高的动态跟踪性能,且鲁棒性强,从而验证了所提出方法的可行性。     

交流永磁伺服系统自抗扰控制技术研究

随着电机设计以及电力电子技术发展,交流永磁伺服系统驱动技术得到了更多完善机会,确保其控制精度的进一步发展。本文对交流永磁伺服系统控制技术关键问题进行总结,并从电流环自抗扰控制器设计、电流环性能分析、转速环自抗扰控制器设计、转速环自抗扰控制器性能分析四方面,论述了自抗扰控制技术在交流永磁伺服系统中的应用。     

基于改进遗传算法的伺服系统自抗扰控制研究

针对传统PID控制不能满足数控进给伺服系统对控制性能的要求,提出将自抗扰控制器引入伺服进给系统的设计方法,采用改进遗传算法对自抗扰控制器参数进行整定优化。仿真结果表明采用改进遗传算法优化的伺服进给系统自抗扰控制器具有良好的控制性能和鲁棒性,所提出的数控伺服系统自抗扰设计方法有效可行。     

线性自抗扰控制在快刀伺服控制中的应用

为了提高具有表面微结构的零件的超精密加工中快刀伺服系统的跟踪精度和抗干扰性,研制了一种线性自抗扰控制器。通过对快刀伺服刀架建模分析,得到惯性环节和二阶振荡环节串联的等效模型,设计出三阶四维的线性扩张状态观测器,可对未知扰动的观测结果作出实时估计和补偿,由此设计出线性自抗扰控制器。数字仿真实验表明,线性自抗扰控制具有良好的控制品质,其中,在快刀伺服系统中的应用可以提高跟踪性能和抗干扰性。     

基于降阶双环自抗扰的永磁同步直线电机电流谐波抑制

永磁同步直线电机由于反电势和逆变器频繁切换导致电流谐波分量较大,同时参数时变以及负载突变等扰动严重影响伺服系统的控制精度。本文采用一种基于降阶状态观测器的双环自抗扰伺服控制算法,以降低控制系统的谐波抑制从而提高控制精度。首先,构造了位置速度环级联的二阶自抗扰控制器。运用极点配置法对三阶线性状态观测器进行降阶,减小了相位滞后的影响,提高了伺服系统的控制精度;其次,电流环采用一阶非线性自抗扰控制器,消除了积分饱和的影响,降低了三相电流的谐波含量。最后,与基于自抗扰控制的其他优化算法进行对比,实验表明在多工况下降阶双环自抗扰控制的总谐波失真不超过2.13%,推力波动可减小至1.49%,稳态误差不大于15μm。     

导引头稳定平台的扰动补偿及改进滑模控制

为提高导引头稳定平台抗扰性,提出了一种导引头稳定平台的扰动补偿及改进滑模控制策略。首先根据扰动特点将扰动分为摩擦力矩和"剩余扰动"两部分,基于Stribeck摩擦模型辨识摩擦参数,并进行摩擦力矩补偿;采用扩张高增益观测器对"剩余扰动"进行估计,并给出了扩张高增益观测器的收敛条件。然后设计了改进滑模控制器作为稳定回路的控制器实现伺服控制,采用Lyapunov函数证明其稳定性。最后,搭建测试系统分别进行了稳定平台性能测试和导引头性能测试,用于验证跟踪和抗扰效果。实验结果表明,跟踪1(°)/s的梯形波时,提出的控制器有效地补偿了摩擦,同时稳态精度提高了0.032 8(°)/s;给定三轴转台典型幅值和频率扰动下,采用提出的控制器时系统隔离度至少提高了0.57%。表明提出的控制器改善了系统抗扰性。     

三阶线性自抗扰控制器的液压伺服流量控制

针对阀控液压马达系统受非线性复杂扰动导致流量输出不稳定的问题,提出一种基于三阶线性自抗扰控制器(LADRC)的液压伺服流量控制方法。基于高阶LADRC理论,提出将ADRC应用于非线性的液压伺服系统控制,分析并验证了跟踪微分器的跟踪误差前馈增益具有抑制系统超调的作用。采用跟踪误差前馈与扩张状态观测器扰动反馈相分离的办法,提出一种针对复杂非线性三阶被控系统的改进的三阶LADRC算法。最后验证了该算法对一类大范围复杂不确定性液压伺服系统具有较PID更强的扰动抑制能力。     

永磁同步电机位置伺服系统改进变结构自抗扰控制

为进一步提高传统变结构自抗扰控制器的控制精度,增强永磁伺服驱动系统的抗干扰能力,提出一种改进变结构自抗扰控制策略。该方法在基于变结构原理设计的扩张状态观测器中引入位置、速度的观测误差以实现状态变量的无差估计,采用基于指数趋近律设计的非线性状态误差反馈控制律实现线性控制与非线性控制的平滑过渡,并在此基础上引入位置跟踪误差,提高伺服系统的跟踪性能。通过实验分析比较了改进变结构自抗扰控制与传统变结构自抗扰控制两种控制策略,结果显示改进控制策略较传统控制策略的位置跟踪误差减少了约30%。当负载突变时,传统控制策略的跟踪误差约为负载突变前最大跟踪误差的3.4倍,而改进变结构自抗扰控制策略仍能准确跟踪给定信号。     

气动恒力控制系统的自抗扰控制

针对磨削和抛光等对恒力控制装置的迫切需求,开展气动恒力控制系统研究。由于气动系统存在比例流量阀死区、气缸摩擦力以及气体可压缩等非线性问题,提出了一种二阶线性PID自抗扰控制器,并加入了死区补偿器。该控制器采用跟踪微分器对输入信号进行过渡,利用扩张状态观测器对非线性参数影响进行估计,并通过线性PID反馈控制律进行补偿,同时引入死区补偿器快速跳过死区范围。试验结果表明,相比传统PID控制和积分型线性自抗扰控制(I-LADRC),线性PID自抗扰控制具有更好的动态响应以及更强的鲁棒性,并且稳态误差小于2 N。     

考虑非线性特性的电控助力制动系统多闭环压力控制策略

针对电控助力制动系统(Electro-booster brake system, Ebooster)主动制动时面临的液压系统时变特性扰动、传动机构动静态摩擦阻碍以及底层伺服电机电磁特性耦合等诸多非线性难题,提出一种考虑非线性特性的压力—位置—电流多闭环压力控制策略。分析Ebooster主动制动工作原理并建立面向控制器设计的等效简化模型;基于自抗扰理论设计压力环控制器,补偿了液压系统时变特性扰动;采用鲁棒滑模变结构设计位置环控制器,考虑传动机构动静态摩擦阻碍和系统未建模扰动;通过李雅普诺夫稳定性理论设计电流环控制器,解决永磁同步电机双轴电流耦合问题。基于d SPCAE设备搭建了硬件在环台架进行算法测试验证。结果表明,提出的多闭环压力控制策略能够控制Ebooster实现主动制动功能,压力跟随的稳态误差在0.2 MPa之内,同时在多种压力跟随工况下表现出良好的控制效果。研究成果为机-电-液耦合的线控制动系统进行制动压力控制时面临的多种非线性扰动问题,提供了一种良好的解决思路。     

地基大口径望远镜伺服系统的抗扰动设计

针对地基大口径望远镜伺服系统的抗扰动问题,提出了一种抗扰动控制算法。该算法采用双闭环控制结构:内环为高带宽的电流环,采用PI控制器;外环为速度环;采用线性自抗扰控制器,通过线性扩张状态观测器辨识出系统扰动,然后将该扰动前馈到系统控制量中去,构成复合校正系统。为解决大动态输入引起的控制器饱和问题,状态观测器的输入控制量加入了抗饱和控制算法,保证了系统的稳定性和良好的动态特性。仿真和实验结果表明:与传统的PI控制器相比,引入抗饱和功能的自抗扰控制器在高低速均可以获得良好的动态性能;在低速平稳跟踪实验中,速度波动误差(RMS)由0.000 68(°)/s降低到0.000 32(°)/s。实验结果证明提出的方法能够有效提高伺服系统抗扰动能力和速度跟踪的平稳性。     

阀控非对称缸非线性系统高精度位置跟踪鲁棒控制研究

针对阀控非对称缸电液位置伺服系统的非线性和不确定因素,采用试验方法建立了等效的线性不确定模型,并在理论线性化模型的基础上确定了抗负载干扰指标,设计了定量反馈(QFT)鲁棒控制器。在发现相位误差较大的情况下,采用零相差跟踪控制器代替前置滤波器,并用设计的零相移低通滤波器来抑制零相差跟踪控制器的高频增益。试验结果证明:改进后的定量反馈控制能够获得更高的曲线跟踪精度。