超声电机的驱动控制

综述与评价新型驱动装置——超声电机的驱动控制系统.     

双框架控制力矩陀螺框架系统的扰动观测及抑制

内外框架间的耦合力矩、非线性摩擦和未建模动态是影响双框架控制力矩陀螺框架系统高精度角速率伺服控制的主要因素。为提高框架系统的干扰抑制能力,保证框架系统输出角速率精度,本文提出了一种基于非线性级联扩张状态观测器和滑模控制的复合扰动抑制方法。框架系统中的所有干扰都被认为是集总干扰并由设计的NCESO估计,通过滑模控制可从系统输出通道中消除集总干扰的影响。最后,将本文提出的控制方法与线性级联扩张状态观测器和状态反馈结合的复合控制方法进行了对比仿真实验。仿真和实验结果表明,本文提出的方法具有更好的干扰抑制和动态响应性能,内框架角速度波动从0.5(°)/s减小到0.2(°)/s,外框架角速度波动从0.45(°)/s减小到0.15(°)/s;跟踪正弦参考信号时,速度跟踪误差从1.8(°)/s减小到1.2(°)/s,相位滞后从8°减小到1.3°。     

碰撞下PMSM电机驱动机器人关节速度滑模控制

碰撞引起负载突变情况下速度的快速响应和精确控制是机器人研究重点.根据永磁同步电机的原理,建立了状态空间方程,并利用矢量控制方法,进行了解耦.为抗碰撞影响,设计了转动关节速度的滑模控制算法,建立了二维滑模函数,分析了算法稳定条件,给出了滑模控制算法参数选择原则.用Matlab/Simulink建立了速度控制仿真平台.针对碰撞突加负载和变参数情况下的速度平稳控制,对滑模和PI两种控制算法进行了仿真,对转矩和速度响应进行了对比分析.仿真结果表明所设计的滑模控制方法响应速度快、无超调、对负载和系统参数变化的鲁棒性好,是碰撞工况下机器人关节速度稳定控制的可选方法.     

滑模控制方法在电机转速控制中的应用

滑模控制方法属于非线性控制方法中的一种,现以永磁同步电机为对象,提出采用滑模控制方法对其进行转速控制,并验证控制效果.     

基于terminal滑模控制的小卫星机动方法

采用terminal滑模控制方法研究了以单框架控制力矩陀螺(SGCMG)为执行机构的小卫星的姿态机动控制。首先,基于修正罗德里格斯(MRP)参数建立了小卫星数学模型,以terminal滑模控制方法进行控制力矩规划。然后,采用SGCMGs作为小卫星执行机构,以非对角奇异鲁棒操纵律跟踪terminal滑模控制产生的期望力矩;通过仿真分析归纳出terminal滑模控制设计参数的变化规律和选取原则。最后,利用小卫星三轴气浮转台实验验证termianl滑模控制方法的实用性。实验显示:根据参数选取原则设定的参数进行小卫星机动稳定实验得到的姿态角和姿态角速度控制精度和稳态误差分别小于0.1°和0.01(°)/s,满足三轴气浮转台最佳控制精度。结果表明terminal滑模控制方法在小卫星机动稳定任务中具有很高的控制精度和稳定度,能够为小卫星成像任务稳定执行提供良好的基础。     

基于滑模自抗扰控制的开关磁阻电机调速系统

开关磁阻电机的双凸极结构和开关电源供电方式使其电磁场存在非线性饱和特性，致使其运行时转矩脉动大，传统控制方法很难完成平稳调速。针对该问题，提出开关磁阻电机调速系统的滑模自抗扰控制策略。首先，内环根据开关磁阻电机数学模型设计自抗扰电流控制器，提高电流的响应速度和鲁棒性；其次，外环设计滑模速度控制器取代传统的PI控制器，并证明了系统的稳定性，增强了速度的鲁棒性；最后利用仿真与实验验证该控制策略的有效性。与传统的开关磁阻电机调速系统控制策略对比，能有效改善启动电流过大、转速超调和转矩脉动问题，提高了系统的响应速度和鲁棒性。     

双框架磁悬浮控制力矩陀螺框架系统的扰动抑制

内外框架之间的耦合力矩和谐波减速器的非线性传输力矩是影响双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)框架系统精确角速度控制的主要因素,为了解决以上干扰问题,实现框架系统高精度角速率伺服控制提出了一种基于扰动观测器和自适应反步的框架系统复合解耦控制方法。通过扰动观测器来估计框架系统中的扰动,并结合自适应反步法获得控制律,其间将扰动估计误差当作未知参数设计了其自适应律,对扰动的两次处理使得框架系统干扰估计更加精确,同时可以保证估计参数的收敛性和整个框架系统的稳定性。仿真和实验结果表明,采用此复合控制方法,DGMSCMG框架系统扰动估计误差不超过框架系统实际扰动的3%,实际框架角速率跟踪参考指令角速率的精度达到99.2%。此复合解耦控制方法可以满足DGMSCMG框架系统抗干扰能力强、高精度角速率伺服控制的要求。     

控制力矩陀螺框架系统的谐振抑制与精度控制

控制力矩陀螺(CMG)框架系统的速率控制精度是影响其输出力矩精度的重要因素,系统中谐波减速器提高了框架系统的动态响应能力,但其产生的机械谐振大幅降低了系统的控制精度.为抑制框架系统的谐振并满足系统的控制精度,本文建立了框架系统的动力学模型,根据系统动态性能要求选取合适的阻尼系数来设计系统主导极点,使控制器产生的零点与机械谐振对应的极点重合形成偶极子,从而抑制系统的机械谐振.仿真和实验结果显示:提出的方法有效地抑制了控制力矩陀螺框架系统的谐振,0.175 rad/s恒速控制精度为0.002,0.175 sin(2πt) rad/s正弦随动控制的幅值相对误差为3.28％,相位差为0.13 rad.结果很好地满足了控制力矩陀螺的高精度输出力矩需求.     

超声电机驱动多关节机器人的非线性H∞控制

利用超声电机低速大转矩特性,实现了三关节机器人的直接驱动.一方面,由于超声电机是通过定转子间的摩擦驱动,其模型无法精确描述,另一方面,由于无法在方程中将关节机器人的所有动力参数表达出来,因而该机器人在控制中存在摩擦干扰和参数不确定带来的动力干扰.针对这些干扰,采用了非线性H∞控制方式,以L2增益作为设计指标,设计了H∞控制器.实践证明,非线性H∞控制器不仅可以保证机器人稳定运行,而且位置精度大为提高.最后,还对控制器的鲁棒性进行了实验验证,结果表明该控制器有很好的抗干扰能力.     

滑模控制在感应电机直接转矩控制中的应用研究

为减少稳态转矩脉动,将滑模变结构控制方法应用于感应电机直接转矩控制。滑模控制可以根据磁链和转矩误差实际大小调节逆变器直流母线电压,并结合转矩预测控制合理的调节电压矢量的作用时间,从而有效地减少转矩脉动。仿真实验证明：即使电机运行在低速范围内,仍然能减少转矩脉动。     

双框架磁悬浮控制力矩陀螺动框架效应补偿方法

双框架磁悬浮控制力矩陀螺(Double gimbal magnetically suspended control moment gyroscope,DGMSCMG)是由磁悬浮高速转子系统与内框架、外框架速率伺服系统构成的航天器新型姿控执行机构。由于非线性及三个子系统间的强耦合,框架转动时磁悬浮转子位移急剧增大影响稳定性,同时框架系统的响应速度显著下降,称之为动框架效应。该效应严重影响了DGMSCMG的功能,必须加以抑制。建立DGMSCMG的动力学模型,分析三个子系统间的动力学耦合机理,提出一种基于复合控制的补偿方法,引入针对陀螺项的反馈和针对框架角速率给定的前馈消除磁悬浮转子附加位移,提高框架系统响应速度,并对补偿后系统做全局稳定性分析。仿真和试验结果表明,该方法能在保证系统稳定性的前提下有效抑制动框架效应,满足DGMSCMG的功能要求。     

单模态驱动的V形板结构直线超声电机

为克服双模态超声电机频率一致性的限制和进一步提高V形直线超声电机的输出性能,设计了一种板结构直线超声电机。该电机包括V形定子和直线导轨,定子由2个相互垂直的板结构振子构成,驱动足位于2个变截面梁的连接点上。利用两振子弯曲振动形成的对称和反对称模态,通过两相模态切换,实现电机的双向运动。研制了样机并对其进行了模态实验和机械输出特性测试。借助三维激光测振仪分别测试了驱动足在接触和不接触导轨情况下的运动轨迹,阐述并验证了单模态超声电机的驱动机理。实验结果表明,该电机具有良好的机械输出特性:最大空载速度为690 mm/s,最大推力达100 N,推重比达59.7。     

超声波电机驱动的精密位移机构

介绍了超声波电机驱动的精密位移机构的组成和性能特点，阐述了超声波电机的工作机理和位移机构的驱动原理，以及超声波电机的驱动的精密位移机构在精密加工中的应用。     

直线超声电机精密定位系统平台搭建

针对直线超声电机驱动的精密定位系统,采用LabVIEW开发上位机软件,选用TMS320F2812DSP作为下位机进行实时控制,通过RS232串口实现上下位机的串行通讯.利用LabVIEW特有的循环事件结构自动感知用户事件,继而发送相应的命令信息给DSP,DSP接收相应动作命令后,对精密平台进行实时控制,并将运动数据回传给上位机,显示运动信息.实践证明,该控制平台操作简单、界面友好、数据反馈及时和可移植性强,具有较高的实用性.     

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.     

大惯量风机采用电机驱动的启动分析

阐述了风机正常运转和启动对电机的要求,分析了大转动惯量的风机直接启动所存在困难,针对某改造项目中的电机启动问题进行多个启动方案的对比选择,得出了最终解决办法,给风机设计者及用户提供了可借鉴的实例.     

基于滑模变结构的异步电机直接转矩控制系统研究

针对异步电机传统直接转矩控制系统转矩脉动过大,及电机参数变化和负载波动等因素使调速性能变差的问题,提出了用滑模变结构速度调节器代替传统的PI速度调节器,并根据异步电机在同步静止坐标系下的数学模型和滑模变结构理论设计了一种基于转矩误差和磁链误差的滑模控制器,利用获得的参考电压矢量,通过空间电压矢量调制得到逆变器开关控制信号。MATLAB仿真验证了该控制策略能有效减小转矩脉动和磁链脉动,在保证逆变器开关频率恒定的同时,对系统参数摄动和外部干扰表现出较强的鲁棒性。     

Fuzzy Sliding Mode Control for a Discrete Servo System

A discrete fuzzy sliding mode variable structure controller was studied and designed for a class of electro-hydraulic servo system by means of the combination of sliding mode control theory and fuzzy control theory.Designed based on the exponential reaching law,parameter ε of conventional sliding mode controller is the key factor of system chattering,and is proportional to it as well.In view of this,fuzzy control theory was introduced into the design to ensure the real-time adjusting of parameter ε.Simulation results show that the system chattering is eliminated perfectly,and the dynamic performance of the control system is improved effectively.     

高速机床直线电机进给系统的模糊推理自校正控制

本文设计了模糊推理自校正控制器，以提高高速机床直线电机进给伺服控制系统的伺服性能，MATLAB软件对比仿真结果表明，此模糊控制器具有较高的抗干扰能力和跟踪性能。