高速开关阀控气动位置伺服系统的模糊自适应PID控制

为实现高速开关阀控气动位置伺服系统的精确控制,以4个高速开关阀控制气缸的结构作为研究对象,提出一种模糊自适应PID算法以提高其控制精度.介绍了系统的结构与工作原理,并在此基础上建立系统数学模型.针对常规PID控制器难以适应多工况位置跟踪的问题,利用模糊控制原理对PID控制器的参数进行在线调整,以满足系统控制过程中对于参...     

高速开关阀控气动位置伺服系统的自适应鲁棒控制

针对高速开关阀控气动位置伺服系统所具有的模型参数不确定性、不确定非线性以及外干扰,为实现气缸的高精度运动轨迹跟踪控制,设计了基于标准投影映射的自适应鲁棒控制器。该控制器通过在线最小二乘参数估计来减小模型中参数不确定性,利用基于反步法设计的非线性鲁棒控制来抑制参数估计误差、不确定非线性以及外干扰的影响,从而保证一定的瞬态性能和高的气缸运动轨迹控制精度。由于运用了标准投影映射以保证在线参数估计有界,控制器的两个部分可以独立进行设计。试验表明,所设计的控制器能获得良好的轨迹跟踪控制性能,对干扰具有较强的性能鲁棒性,系统跟踪幅值为0.09 m,频率为0.5 Hz的正弦期望轨迹时,最大绝对跟踪误差为1.51 mm,标准跟踪误差0.72 mm。     

基于高斯过程的阀控非对称液压缸模型预测控制

针对阀控非对称液压缸系统在采用PID控制器进行位置闭环控制时,存在液压缸活塞位置超调和由伺服阀阀芯切换导致控制效果差的问题,设计了基于高斯过程的非线性模型预测控制器。采用高斯过程回归训练得到阀控非对称缸系统的离散数学模型,通过求解二次规划问题,控制器输出最优序列。仿真结果表明,该机器学习方法有效估计了位置增量中噪声的标准差,预测输出更接近真实值;在多约束条件下能有效提高系统响应时间,保证活塞位置无超调,位置控制精度满足0.1 mm。     

基于四开关阀错时调制的气动位置控制系统研究

为了解决高速开关阀自身存在的开关死区问题,提出了一种通过优化配置四个高速开关阀开关时机实现气动位置伺服控制的策略。该策略将充放气阀同时打开一段时间,并调节充放气阀关闭的时间差来调控腔内气压,这种策略避免了开关阀的半闭合状态,从而将位置控制的死区大幅减少。在此基础上,采用滑模控制器代替传统的PID控制器,解决气动系统存在的强非线性难以控制的问题。针对气动位置控制系统搭建了一个解析模型,通过仿真验证了错时调制策略的优越性。搭建了实物试验平台,开展了实物试验。结果表明,在采用该控制策略后,能够实现准确无超调且稳态误差低于0. 5%的阶跃位置控制,并能够较好地跟踪上0.2 Hz正弦指令信号。     

基于模糊PID的电液比例阀流量控制设计及分析

为了提高对电液比例阀的控制精度,设计了一种新型模糊PID位置控制器.通过液力传感器测试先导阀口压差,实现对先导阀芯位移的快速校正,再利用主阀完成功率流量的线性放大.以主阀位移期望值的偏差和偏差变化率,将此两个因素作为输入,对比例阀位移进行控制修正,并对比例阀模糊PID位置控制器进行AMESim-Simulink联合仿真...     

机械臂关节空间轨迹的神经网络滑模跟踪控制

为了提高机械臂对给定轨迹的跟踪精度且削弱滑模控制抖振问题,提出了基于RBF神经网络滑模控制的轨迹跟踪方法。建立了多连杆机械臂系统的运动学和动力学模型。首先忽略由建模误差和系统扰动产生的系统不确定项,建立了全局PID滑模控制器,设计了由等效控制律和切换控制律组成的全局滑模控制律;而后使用单隐含层RBF神经网络逼近系统不确定项,使用神经网络对不确定项的逼近值补偿建模误差和系统扰动,达到提高控制精度的目的。经仿真验证,在机械臂初始位置误差较大的情况下,神经网络滑模控制器的调节时间、超调量、驱动力矩抖振远小于全局PID滑模控制器,证明了神经网络滑模控制器在机械臂轨迹跟踪控制中的有效性。     

神经网络控制在气动位置伺服系统中的应用

针对比例流量阀控缸气动位置伺服系统的特点，提出采出神经网络自适应PID控制器来实现活塞位移的实时控制，仿真和实验研究表明，这种控制器具有强鲁棒性，快速跟踪性和较好的控制精度等优点，其重复定位精度小于0．2mm.     

基于开关阀流量特性的气缸输出力伺服控制研究

该文提出了一种利用开关阀实现气缸输出力伺服控制的新方法。基于高速开关阀自身的体积流量特性,通过对4个高速开关阀开关时序的优化配置,实现气缸输出力的精确快速控制。首先研究开关阀体积流量、PWM占空比和阀进出口压差三者之间的关系,并将其与模糊控制器相结合,建立输出力伺服控制的闭环算法。在此基础上再结合将充放气阀同时打开,调节充放气阀关闭的时间差的错时方法与模式切换设计实现输出力的伺服控制。最后搭建了气缸输出力伺服控制试验平台,开展了试验验证。结果表明,该文所提出的方法能实现准确快速的阶跃控制且稳态误差低于0.5%,并能够较好地跟踪上0.4 HZ的高频正弦和0.1 HZ的低频正弦指令信号。     

电液驱动水下发射筒开关盖装置高精度跟踪控制方法

发射筒盖是潜射导弹发射装置的重要组成部分,目前主要采用调速阀进行开关盖速度控制,由于其无法保证动作精度,制约了系统的进一步发展。为提高开关盖过程的速度控制精度,以伺服阀代替调速阀进行开关盖动作控制;以开关盖装置为被控对象,设计高增益观测器观测系统状态量,抑制非线性对系统精度的影响,结合滑模控制器进行自适应控制,并将提出的控制算法分别应用于两种控制阀组。实验表明,开关盖装置结合伺服阀可实现更好的控制效果,采用高增益观测器的滑模控制速度跟踪效果较传统PID控制提升30%。     

基于PID+ESO控制器的气动机械手控制仿真分析及试验研究

针对现实中的气动机械手存在的停滞及控制精度不高等缺点,为了使气动机械手具有更好的运动轨迹跟踪特性,降低非线性,通过分析PID+ESO控制器原理,对采用PID控制和扩张状态观测器PID控制下的气动机械手进行了理论研究。通过对控制器的设计,在MATLAB/Simulink软件上分别对两种不同的控制方法进行仿真,得到各轴的目标跟踪曲线和跟踪误差曲线。将此控制器原理应用于气动试验台,得出基于扩张状态观测器PID控制下的误差较低。应用于直角坐标气动机械手响应速度快、控制精度高。     

自行式载重车悬架升降电液同步驱动控制研究

通过对自行式载重车4点悬架同步驱动机械和液压系统工作机理的分析,建立了系统的多领域物理模型和数学模型;针对该同步升降系统存在的耦合性、非线性和模型参数不确定性特点,提出了一种基于多点输出耦合的模糊PID多缸同步驱动控制策略,以4点悬架柱塞缸实际输出位移耦合值为理想输出,由4个独立的位置同步模糊PID控制器分别实现阀控柱塞缸对理想输出动态和稳态的实时跟踪控制。额定载荷为1MN的自行式载重车悬架同步升降试验结果显示：运用该控制策略的车辆悬架同步升降过程中的4点悬架高度的动态误差为±3mm,稳态误差为±1mm,对比试验表明,基于多点输出耦合的模糊PID控制策略具有较高的同步驱动控制精度和较强的适应性与鲁棒性。     

3自由度柔性并联机构自抗扰控制研究

由于柔性并联机构传统控制策略存在轨迹跟踪精度误差较大的问题,设计了一种基于3-PRR柔性并联机构的自抗扰控制器(ADRC).首先,采用闭环矢量法得到了机构的输入输出Jacobian矩阵,为机构控制提供了输入值;然后,分别设计了PID控制器和ADRC控制器,运用李雅普诺夫(Lyapunov)函数证明了ADRC控制器的稳定性;最后,分别采用PID控制和ADRC控制研究了机构在3个方向的位移追踪误差.结果表明:ADRC控制器的位移轨迹跟踪误差比PID控制器低,控制精度高,反应速度快,稳定性强,验证了柔性并联机构ADRC控制的可行性.     

盾构推进系统专家PID同步控制分析

在分析专家PID特性的基础上,设计了保证盾构推进系统推进缸同步控制的PID控制器。根据系统实际参数要求在AMESim里搭建了推进系统的仿真模型,并通过AMESim和MATLAB的接口程序,在MATLAB中搭建了基于控制比例流量阀流量的专家控制模型和普通PID控制模型,并对比了两种控制模型的频响特性,仿真结果表明推进偏差控制在4.5mm内。实验分析表明,专家PID控制系统对推进系统的同步性控制有较好的控制效果,两缸的同步误差控制在7.0mm左右,满足系统的控制精度要求。     

气动位置伺服控制系统设计与研究

在对位置伺服控制方式进行研究的基础上,使用LabVIEW软件编写程序对气动比例伺服阀进行控制,最终对无杆气缸的位置进行控制。分别采用传统PID控制器和状态控制器对无杆气缸的位置进行控制,通过对比实验测试曲线,证明状态控制器对无杆气缸的位置控制精度更高、更稳定,特别是方波位置跟踪特性更好,所以状态控制器更适合于气动位置伺服控制系统。     

气动执行器位置伺服控制研究

本文使用一种五点开关PWM控制算法对高速开关阀控气动执行器进行位置伺服控制。分析了开关阀的启闭滞后现象,并提出了一种修正方法,该方法可有效地消除系统的静态误差。实验结果表明,用高速开关阀可以实现快速、精确的气动执行器位置伺服控制。     

基于高速开关阀的气动执行器位置伺服控制研究

使用一种五点开关PWM控制算法对高速开关阀气动执行器进行位置伺服控制。分析了开关阀的启闭滞后现象．并提出了一种修正方法,该方法可有效地消除系统的静态误差。实验结果表明,用高速开关阀可以实现快速、精确的气动执行器位置伺服控制。     

基于ARM的数字式比例多路阀控制器设计

根据工程机械中对"手动、自动"一体控制、远程控制、环保节能的需求,在多路阀原有手动控制的基础上,增加了以高速开关电磁阀为先导阀的数字式控制,设计出一种基于ARM-Cortex-M3内核的控制器,可以根据需求实现手动控制、自动控制、远程控制的切换。该控制器采用闭环控制,以PID调节结果确定输出PWM信号周期的个数和占空比,PWM信号驱动高速电磁阀实现对多路阀阀芯的快速精准控制,同时实现对液压系统流量和执行机构的速度控制,减少多路阀功耗,达到环保节能的效果。     

多电压复合驱动的高速开关阀性能研究

高速开关阀是数字液压技术的核心元件.高速开关阀的动态特性是决定数字液压技术响应速度和控制精度的关键.提出多电压复合驱动策略,通过预加载方法优化了高速开关阀启闭初始电流,并结合电流反馈和数字逻辑触发机制,实现了 5个驱动电压的自适应切换,最大程度上确保了高速开关阀的快响应切换和低功耗驱动.理论分析探究了初始电流和驱动电压对高速开关阀动态特性的影响规律,并基于该规律得到了改善高速开关阀动态特性的方法.搭建了高速开关阀仿真模型,开展了动态性能试验,通过直接测试和间接测试两种方法对所提出的多电压复合驱动方法的有效性进行了验证.结果表明,相比较于双电压驱动方法,多电压复合驱动方法在不增大驱动电压的前提下,通过优化启闭初始电流,大幅提高了开关阀的响应速度,减少开启滞后时间66.7％、缩短关闭滞后时间87.5％,并能改善高速开关阀流量控制特性,将其流量线性范围扩大了 17.1％,同时还降低热功率损耗64.8％,减小工作钢球压迫受力,延长高速开关阀使用寿命.     

基于气动高速开关阀的容腔压力精确控制

容腔压力控制在气动系统中的应用十分普遍,在汽车制动控制中普遍使用比例调压阀实现制动气室内压力的精确调节。将高速开关阀应用于压力控制系统代替比例阀,对于降低生产成本具有重要的意义。介绍了基于高速开关阀的单阀PID容腔压力控制策略和双阀自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control, ADRC)容腔压力控制策略。双阀ADRC控制策略通过将充放气过程中气体的温度变化、容腔内气体泄漏等各种模型不确定性以及内外界干扰视为一个总干扰项,利用扩张状态观测器对总干扰项进行估计并在非线性控制器的设计中进行补偿。结果表明：这两种策略均可以实现容腔内压力精确控制,使用双阀ADRC压力控制策略的控制精度更高。     

基于均匀切换的并联数字阀控系统位置控制策略

针对并联数字阀控系统在脉数调制（PNM）控制下易出现低速定位精度低的问题,提出一种复合控制策略,即低速工况采用差动脉宽调制（PWM）控制策略,其余工况采用基于模型的PNM控制策略。各开关阀切换次数的差异程度在PNM控制下较大,且差异程度被差动PWM控制进一步放大,因此,为减小各开关阀切换次数的差异程度,基于循环滑动方法分别对PNM和PWM信号进行切换优化。实验结果表明,液压缸的平均定位误差从0.528 mm减小至0.032 mm,最小定位误差从0.221 mm减小至0.003 mm,开关阀切换次数的分布均匀性得到了显著提高。