高精确度伺服转台控制系统中的扰动力矩补偿

摩擦力矩和电机波动力矩是影响高精确度伺服转台控制系统位置跟踪精确度的主要因素。针对系统中摩擦力矩和电机波动力矩等扰动力矩补偿问题,提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。基于摩擦观测器提出一种PD前馈控制方法,对系统中的动态摩擦力矩进行了补偿,并利用Lyapunov稳定性理论对所提出的方法进行了系统稳定性分析。结合基于重复控制器的扰动观测器进一步提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。一方面,摩擦补偿方法可以对系统中的摩擦力矩进行补偿;另一方面,插入的重复控制器可以很好地抑制系统中的周期性波动力矩,而扰动观测器则用来补偿重复控制及摩擦补偿时给系统带来的不确定性。仿真结果证明了所提出的方法的有效性。     

重复控制算法在转台伺服系统中的应用

针对转台伺服系统中周期性波动力矩扰动抑制问题,利用重复控制算法能以十分简单的控制器形式高精确度地完成跟踪或抑制周期性参考信号或扰动信号的优点,提出了一种基于扰动观测器的鲁棒学习控制算法.给出了基于扰动观测器的转台伺服系统结构图,并将重复控算法引入到基于扰动观测器的扰动补偿策略中.L2稳定性定理证明该方法保证了闭环系统的稳定性和对期望信号的渐近跟踪;仿真结果也表明,该方法较传统方法既有效地抑制了系统周期性波动力矩,又提高了系统运动曲线的跟踪性能.     

低频线振动台系统的鲁棒自适应重复学习控制

由于没有传动机构,永磁直线同步电机(PMLSM)作为低频线振动台的驱动部件对扰动和参数不确定性很敏感,摩擦力及纹波推力扰动等非线性因素严重影响了PMLSM的运动精确度.针对上述问题,提出一种鲁棒自适应重复学习控制方法,用于提高低频线振动台系统的精度.所设计的控制律由参数自适应控制、积分滑模控制、重复学习控制组成.参数自适应控制用来估计未知的模型参数并予以补偿;积分滑模控制用来镇定低频线振动台系统,抑制非周期扰动;重复学习控制用来抑制周期性扰动,提高对周期性位置信号的跟踪性能.采用Lyapunov理论设计的鲁棒自适应重复学习控制律能够保证闭环系统的渐近稳定性和位置跟踪性能.仿真结果表明,鲁棒自适应重复学习控制方法明显提高了系统的跟踪性能,改善了加速度失真度.     

水面稳定平台干扰补偿技术研究

为补偿水面稳定平台系统所受外界干扰,在经典扰动观测器的反馈通道新增补偿控制环节,改进了传统扰动观测器结构,在控制器设计时引入速度规划算法。论证了引入改进型扰动观测器的控制系统具有内部稳定性和鲁棒稳定性。为验证扰动观测器的扰动补偿效果,建立基于改进型扰动观测器的稳定平台系统伺服控制模型,并引入经典Lu Gre摩擦模型模拟稳定平台运动过程中的摩擦力矩干扰。数值仿真实验及稳定平台实物实验表明,相比使用传统PI控制和经典扰动观测器控制,改进型扰动观测器补偿摩擦干扰的同时,提高了抑制高频测量噪声的能力,控制器引入速度规划算法能明显抑制系统定位抖动,提升了系统伺服控制性能。     

高精确度速率转台伺服控制系统波动力矩的抑制

针对高精确度速率转台调试中存在的波动力矩干扰问题,在分析了干扰产生机理的基础上,通过实验测试确定了波动力矩的频率成分,并给出了具体的数学表达式.采用重复控制方法,分析了系统的稳定条件,设计重复控制器,实现对此类波动力矩的有效抑制.实验测试结果表明,设计的重复控制器能够克服周期性的波动力矩干扰,速率稳定性能优于常规的控制器.     

永磁直线电机离散PID神经网络重复控制

针对永磁直线电机的非线性摩擦问题,提出了一种混合智能控制和重复控制设计方案实现永磁直线电机的跟踪控制。为了补偿摩擦力首先应用基于RBF神经网络控制器与PID控制器相结合来实现对周期信号的跟踪。为了进一步提高周期信号跟踪性能,在反馈控制回路中增加一个来源于Bzout恒等式特解的离散时间重复控制器。合成混合控制器(包括神经网络控制器、PID控制器和重复控制器)在直线电机运动控制中能够实现周期性参考输入信号跟踪及扰动抑制。仿真结果表明:控制器能够达到较好的控制效果。     

采用复合控制的直流力矩电机摩擦补偿

针对陀螺漂移测试转台直流力矩电机系统中存在的非线性动态摩擦和负载扰动,为提高转台位置跟踪精确度,采用复合控制方法进行摩擦补偿研究.在转台直流电机系统中,电机模型采用简化的二阶线性直流电机模型,摩擦模型采用摩擦参数为非一致性变化的动态摩擦模型.补偿方法包含一个参数自适应律和CMAC神经网络,用于估计未知模型参数、辨识位置周期摩擦扰动并给与补偿.仿真结果表明,复合控制补偿方法保证了闭环系统全局稳定性和对期望位置信号的渐进跟踪,提高了转台位置跟踪精确度.     

考虑模型不确定性的基于分解控制直流电机系统的摩擦补偿方法

针对陀螺漂移测试转台直流力矩电机系统中存在的非线性动态摩擦和电机波动力矩，为提高转台摇摆状态位置跟踪精度，该文基于分解控制的设计方法提出了一种新的鲁棒自适应摩擦补偿方法。该设计具有积分形式的自适应补偿器来补偿常值的可参数化的摩擦模型不确定性，而设计鲁棒补偿器来补偿不可参数化的摩擦模型不确定性。最后综合两种补偿器形成完整的补偿控制律。Lyapunov方法证明了闭环系统全局稳定性和对期望位置信号的渐进跟踪性能，仿真结果证实了该补偿方法对高精度运动曲线跟踪的有效性。     

基于重复控制的电动加载系统研究

电动加载系统的优点在于加载跟踪速度快,而消除多余力矩是加载系统保障加载精度的技术关键。常规PID控制难以满足系统准确性和快速性的需求,提出了一种基于重复控制的复合控制策略。建立了电动加载系统的数学模型,给出了电动加载系统的结构图,并采用重复控制器来提高系统的控制精度。仿真结果表明,该方法能够有效地抑制多余力矩,提高系统的跟踪性能。这种控制算法易于实现,具有较强的实用性。     

电动加载系统多闭环复合控制

为了克服电动加载系统中存在直接影响加载精确度和动态性能的多余力矩强扰动以及电机、机构等非线性因素,提出了一种以转速闭环作为内环、力矩闭环作为外环,以及位置闭环作为外环补偿的复合控制策略,它能够对多余力矩和非线性因素进行隔离抑制。从系统的抗干扰性、鲁棒性等方面与传统单转矩闭环进行了理论分析和比较,转矩闭环采用模糊自适应PID控制算法,以提高加载系统的自适应能力。实验结果表明,与传统闭环控制效果相比,复合控制能够有效抑制多余力矩干扰,提高了力矩跟踪精确度和系统动态性能。     

高速大行程滚珠丝杠副智能测控平台的伺服控制

为了研究滚珠丝杠副的动态特性如定位精度、重复定位精度、速度及加速度跟踪、动态摩擦力矩、负载扰动、预紧力、疲劳性能、温升和机械振动等对滚珠丝杠副精度保持性能的影响,针对五轴联动加工中心高速大行程滚珠丝杠副设计了一套伺服电机+滚珠丝杠副高速运转、直线电机模拟负载扰动、多通道信号采集的智能精密测控试验平台;建立了测控平台时变参数不确定性和外力扰动的优化动力学模型;提出了基于遗传算法的自适应非线性PID双位置反馈的控制算法和速度、加速度前馈误差补偿的控制策略。试验结果表明,该控制策略具备小的跟踪误差、较强的抗干扰能力和稳定性,满足测控平台的试验需求。     

基于 GMS 摩擦力补偿和干扰观测器的高精度速度控制

为了降低机械轴系摩擦力扰动对于伺服控制器在低速运动控制精度的影响,进一步提高传统伺服控制器对于稳定平 台的控制能力,提出了一种基于广义 Maxwell 滑动(generalized Maxwell-slip,GMS) 摩擦力模型前馈和干扰观测器的高精度 摩擦力补偿方案。首先在传统控制基础上引入GMS 摩擦模型前馈补偿对摩擦扰动进行初步的补偿;然后,通过加入干扰观 测器,对残余扰动及其他扰动进行第2次的抑制。利用实物平台对控制方法的低速运动性能进行了测试,对比设计的控制算 法和传统 PI 控制器的控制结果,验证提出的控制策略抑制摩擦扰动的效果。结果表明,基于 GMS 摩擦力前馈和干扰观测器 的控制方案有效的补偿了摩擦非线性、模型不确定性等因素对于控制系统的影响。新方法可将稳定平台低速运动时的控制 误差降低到0.015°/s, 在实际工程中具有较高的应用价值。     

基于摩擦前馈的航空相机像移补偿复合控制

为减小位角控制系统中电机的摩擦非线性特性对航空相机位角控制系统像移补偿控制效果的影响,研究基于摩擦前馈的复合控制方法,实现对摩擦干扰的有效抑制。首先,分析并选用了简化的带有摩擦扰动环节的系统数学模型,选择LuGre摩擦模型描述为摩擦行为。然后,通过参数辨识的方法获得擦模型参数,在系统力矩综合点处根据力矩平衡原理设计摩擦前馈补偿通道的调节器。最后,应用该方法设计了带有摩擦前馈补偿的航空相机像移补偿复合控制器。实验结果表明:与先进PID方法进行比较,该方法改善了摩擦非线性对系统动态响应过程和速度平稳性的影响,稳态调整时间提高了34%,稳态精度提高了24%左右。     

基于自抗扰与观测器的环形耦合多电机协调滑模控制

在多电机控制系统中,参数摄动和负载转矩变化会影响系统的跟踪精度和同步性能,且传统的补偿方法难以有效的抑制系统的同步误差.针对以上问题,采用电流补偿的环形耦合结构,设置同步比例系数实现多电机的协调运行,设计自抗扰补偿器对电机进行电流补偿来减小同步误差,同时将非奇异快速终端滑模和扰动观测器用于单台电机的控制.仿真结果表明,...     

基于扰动观测和补偿的PMSM伺服系统位置跟踪控制

针对存在参数摄动和外部扰动力矩的PMSM伺服系统位置跟踪控制问题,提出一种基于扰动观测和补偿的滑模控制方法。采用扰动观测器估计系统参数摄动以及负载力矩,并在此基础上对等效扰动进行补偿,减小了模型不确定性对系统控制性能影响,系统的位置跟踪误差由0.85 rad减小到0.35 rad;在保证系统稳定性的前提下,去除了常规滑模控制中的不连续控制项,有效地减小了抖振。实验结果表明,与工程上常用的PID算法相比,基于扰动观测和补偿的滑模控制算法不仅能够显著提高PMSM伺服系统的位置跟踪精度,而且能有效地削弱抖振。     

三相并联型有源电力滤波器补偿电流性能分析与改进

三相有源电力滤波器通常用来补偿非线性负载所引起的谐波和无功电流。在有源电力滤波装置中，其补偿性能的好坏，很大程度上取决于控制器的设计。但由于非理想因素的影响，例如输出电流环路带宽有限、检测电路的延时、指令电流的产生等，都会影响补偿效果，而传统的PI控制由于带宽有限不能实现无静差输出。为了提高三相并联型有源电力滤波器的补偿性能，该文在同步旋转坐标系下提出了一种理想的电流控制策略即基于PI控制和重复控制并联结构的电流控制方法，利用重复控制对于周期扰动信号无差跟踪的特点来提高有源滤波的稳态精度，PI控制保证有源电力滤波器的动态性能。实验结果和理论分析充分证明了所提并联结构电流控制器的可行性。     

运动控制中先进控制策略的研究综述

动态响应的快速性,稳态跟踪的高精度以及行为的鲁棒性是运动控制应用中的主要性能要求。它们的获得,不仅意味着有执行机构和仪器方面的先进技术,而且重要的是新的控制策略的应用。本文介绍了针对电机速度和位置控制系统中非线性摩擦力进行补偿的几种先进控制策略：基于指数型非线性函数的在线补偿法;基于神经网络的倒控制器补偿法;鲁棒型的重复控制和变结构控制在运动控制中应用。最后,简述了运用其他先进控制策略的可能性。