压电驱动的快刀伺服器的迟滞逆模型辨析与自抗扰复合逆控制

为了提高具有表面微结构零件的超精密加工中快刀伺服器的轨迹预测和跟踪精度与抗干扰性,设计一种新型复合控制:在前馈控制器中用Preisach逆模型补偿系统中压电陶瓷驱动器引起的非线性特性;针对前馈控制器未能补偿的非建模扰动、模型参数的不确定性以及其他外界未知扰动,设计了自抗扰控制作反馈控制器。推导了Preisach逆模型;用RBF神经网络实现了Preisach逆模型对压电陶瓷驱动器的线性化补偿;通过对快刀伺服器的建模分析,得到惯性环节和二阶振荡环节串联的等效模型,设计三阶四维扩张状态观测器,可对未知扰动的观测结果作出实时估计和补偿。根据快刀伺服器和超精密车削的特点,取消跟踪微分器,增加速度输入和加速度输入,设计了改进的自抗扰控制器。上述两种控制器组合成复合控制器。实验表明,该复合控制方法可以提高预测和跟踪精度与抗干扰性。     

自抗扰控制器在非圆车削中的应用

自抗扰控制器具有不依赖于被控对象模型的特性,具有很好的适应性.为了提高非圆车削中直线伺服单元的跟踪精度和鲁棒性,文章对自抗扰控制器进行了改进,并应用于直线伺服单元的控制中.仿真结果表明自抗扰控制器的应用提高了控制系统的跟踪性能和抗干扰性.     

改进自抗扰的PMSM双环伺服系统控制研究

永磁同步电机(PMSM)在电机参数本身变化和外部负载干扰等复杂环境下,传统控制方法无法满足伺服系统对于精度高、抗扰性强和稳定性好的要求。针对该问题,提出一种改进自抗扰(ADRC)的双环控制策略。结合PMSM控制模型和ADRC参数在PMSM中的实际物理意义,设计了改进扩张状态观测器(ESO)的二阶非线性自抗扰控制器实现对位置和速度的联合控制,简化了控制结构以提高伺服系统响应速度,设计了一阶线性自抗扰控制器实现对电流的控制,减小其对外环的影响以进一步提高伺服系统对高性能要求,给出了双环控制器一整套参数整定方法。在MATLAB/Simulink上的仿真实验结果表明,相较于标准ESO,改进ESO更加遵循实际,整个控制策略对于负载扰动和参数摄动表现出很好的抗扰性能和控制精度。研究结果表明,该控制策略能够有效满足PMSM伺服控制系统对高性能的要求。     

电液位置伺服系统低阶自抗扰控制研究

电液位置伺服系统是一种时变非线性、外部扰动未知且数学模型复杂的高阶系统,对其采用的高阶自抗扰控制方法,需要整定参数较多,模型结构复杂,在实际工程应用中难以实现。针对这个问题,对电液位置伺服系统的一阶和二阶自抗扰控制(ADRC)性能进行研究,实现电液位置伺服系统的低阶自抗扰控制。基于Simulink建立的电液位置伺服系统的低阶自抗扰控制系统,给定阶跃和正弦信号指令,并对系统施加一个负载扰动力,分析系统的响应速度、准确性和抗干扰能力。结果表明,一阶和二阶自抗扰控制都可以使电液位置伺服系统达到稳定状态,且二阶非线性自抗扰控制系统响应速度更快,控制精度高,鲁棒性更强。     

60MN水压机电液伺服系统自抗扰控制研究

介绍了60 MN水压机电液伺服系统的组成及工作原理,针对电液位置伺服系统负载变化的复杂性,在分析了负载特性的基础上,提出了自抗扰的控制策略以提高电液伺服系统的可控性和鲁棒性,并对自抗扰控制器进行了结构分析与设计。最后采用MATLAB/Simulink建立了水压机电液伺服控制系统整体仿真模型,对不同负载变化频率下的自抗扰控制效果进行了仿真研究,结果表明:与PID控制器相比,自抗扰控制不仅提高了电液位置伺服系统的响应速度,有效地降低了系统的超调量,而且增强了控制系统的鲁棒性。     

龙门移动式数控机床的模糊交叉耦合补偿控制

以龙门移动式数控机床的双轴同步传动机构为背景,研究两套永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统在具有一定动态指标和抗干扰性能前提下的同步控制问题。针对两套进给系统难以同步且易受干扰的特点,设计了一种基于模糊控制的交叉耦合补偿控制器。同时为了提高每套伺服系统的跟踪和抗扰能力,设计了最优预见前馈补偿。仿真结果表明该系统对不平衡负载具有良好的同步抗扰性能。     

机床用直线伺服系统改进型ADRC设计

针对永磁直线电机伺服系统存在纹波推力扰动、负载扰动、摩擦力扰动和其他不确定性扰动,文章提出了一种双闭环改进型自抗扰控制器优化设计方法.针对永磁直线同步电机(PMLSM)系统,设计了速度环和位置环自抗扰控制器,并对一阶自抗扰控制器(ADRC)进行了优化,在保证控制器性能的前提下,省略掉ADRC模型中的非线性跟踪微分器(TD)环节,同时为有效降低模型复杂程度,减小算法计算量,采用线性比例调节代替非线性状态反馈控制律(NLSEF),实现了永磁直线同步电机的改进型双闭环自抗扰控制.仿真结果表明,该自抗扰控制器能够很好的解决强耦合和非线性问题,能够提高系统的响应速度,减小稳态误差且无超调,对负载扰动、电机参数变化具有良好的鲁棒性.     

内模控制在液压伺服系统中的应用

针对液压伺服系统控制的复杂性,提出了一种基于内模控制原理的双闭环PID控制方法。该方法利用PID控制的抗扰性实现内环的比例控制,并将被控对象转化为含时滞的一阶惯性环节,且对时滞环节进行1／1Pade逼近,再利用内模控制原理实现外环控制,可获得与内模控制器等效的低通滤波器和PID控制器。给出了内模控制器设计的具体步骤,通过仿真实验证明该方法比常规PID控制器具有较强的抗扰性和鲁棒性,且有较高的工程应用价值。     

6自由度液压机器人的自抗扰控制

为提高6自由度液压机器人电液驱动系统的控制性能,针对电液位置伺服系统的非线性和不确定性,建立了6自由度液压机器人后臂电液位置伺服系统的数学模型,提出了3阶自抗扰控制方案,通过对系统内扰和外扰进行估计和补偿,实现对位置的控制。仿真结果表明,所设计的自抗扰控制器不仅能满足系统对快速性和准确性的要求,而且还能有效抑制负载突变或未知扰动对系统性能的影响,与传统PID控制相比,其具有更强地鲁棒性和抗扰动能力,能满足6自由度液压机器人控制系统动态性能的基本要求。     

自抗扰控制在电液伺服系统中的应用研究

针对某大功率电液伺服系统存在严重非线性、时变性和强干扰问题,为保证系统的静、动态品质,采用自抗扰控制器（ADRC）,使系统具有很强的鲁棒性。仿真表明,所设计的自抗扰控制器能够保证大功率电液伺服系统的静、动态性能。     

快刀伺服装置动力学建模与仿真分析

以研究快刀伺服加工振动特性、使设计的快刀伺服装置具有良好动态性能为目的,基于子结构法运用拉格朗日理论建立快刀伺服装置的理论动力学模型。采用Maple软件与ADAMS仿真软件对理论动力学模型进行数值计算和仿真模拟,验证所建立模型的准确性,为快刀伺服装置设计与动态特性分析奠定基础。对刀具与工件系统进行动力学建模分析,分析其动态特性。完成了快刀伺服控制系统结构设计与实验平台的搭建。     

基于ASGSO的数控机床进给伺服系统分数阶控制

为满足数控机床对加工精度的要求,针对交流永磁同步电机驱动的进给伺服系统在不同工况下存在的扰动、摩擦、变负载、惯性力矩等非线性问题,设计一种自适应步长的萤火虫算法(ASGSO)优化的分数阶PID控制器(ASGSO-FOPID)。FOPID控制器相比传统控制器动态性能突出,能够对非线性环节进行更好的控制。利用ASGSO算法全局搜索能力,获得最优数控机床进给伺服系统分数阶PID控制器参数。建立数控机床进给伺服系统模型,分别采用PSO-FOPID、状态转移STA-FOPID、ASGSO-FOPID控制进给伺服系统进行对比。仿真和实验结果表明：提出的ASGSO-FOPID控制器具有跟踪速度快、抗干扰能力强、精度高等优点,该方法能够有效地提高数控机床的定位精度和加工精度。     

数控机床直线电机进给伺服驱动的摩擦力和扰动抑制措施

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动数控机床伺服系统,提出了一种基于摩擦力和扰动补偿的零相位误差跟踪控制策略.以解决摩擦力和扰动对系统性能的影响.零相位误差跟踪控制器保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而补偿制器克服了摩擦和扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性和定位精度.仿真结果表明,该种控制方案较好地改善数控机床进给的定位精度和跟踪性能.     

机械臂液压伺服系统的自适应模糊滑模控制

针对机械臂液压伺服位置系统存在非线性特性和参数不确定性,提出了一种自适应模糊滑模控制方法。利用参数自适应算法估计系统未知参数,有效地克服了系统不确定性的影响,提高了系统的鲁棒性;采用非连续投影算法保证了参数估计的有界性;引入模糊系统代替切换控制项,有效地消弱了抖振。仿真研究结果表明:所设计的自适应模糊滑模控制器能够快速准确地跟踪指令,并且对参数变化具有较强的鲁棒性,与PID控制器相比,系统跟踪误差小,响应速度快,跟踪性能好。     

同心不等径非圆截面数控车削系统研究

为了提高同心不等径非圆截面零件加工的质量和效率,对实现该类零件加工的方法进行了研究,提出了一种快速高精度加工同心不等径非圆截面的数控车削方法。设计了数控车削系统的结构,快速刀具进给伺服机构(FTS)采用基于自抗扰控制的直线电机系统。数控系统采用PMAC(Pro-grammable multi-axis controller)多轴运动控制器的时基控制法,实现刀具驱动进给和工件旋转的协调控制,完成该型零件的自动车削。结果表明该型零件的加工精度和加工效率得到了提高。     

A fine tool servo system for global position error compensation for a miniature ultra-precision lathe

There is an increasing demand for single-point diamond turning to manufacture micro components as well as micro features on a large workpiece surface. In order to obtain high accuracy and a fine surface finish of the large area workpiece, position control of machine tool has become the main concern to achieve the high precision position control. A coarse-fine servo system is able to provide a cost-effective solution. This system can provide information on the entire guidance errors profile data and simultaneously compensate the error in real-time by using the fine position control technique. In this study, a piezoelectric actuator based fine tool servo (FTS) system has been developed and it has been incorporated with a miniature ultra-precision lathe. A cost-effective position sensitivity detector (PSD) is integrated in the FTS design, which is able to measure the global straightness error of the translational slide accurately. The detected error signals are compensated by the FTS during the turning process. For better tracking performance, a proportional-integral (PI) feedback controller has been implemented and tested in this study. Experimental results show that the developed FTS can effectively and successfully compensate the micro waviness error which is caused by the x-axis translational slide of the miniature ultra-precision lathe.     

Tracking control and active disturbance rejection with application to noncircular machining

Control systems are usually required to track reference signals while operating under the influence of disturbances. A fast tool servo system for noncircular machining application works under such conditions, resulting in large control efforts. This paper presents a linear active disturbance rejection controller design for a voice coil motor-driven fast tool servo system for noncircular machining application. The controller is designed through an extended state observer to estimate and compensate the variant dynamics of the system, nonlinearly variable cutting load, and other uncertainties. Then, a simple proportional derivative controller produces the control law. To improve the tracking performance of the fast tool servo, the tracking error from the trial-cutting workpiece is added to the reference input and used as feed-forward error compensation. In such a combined control arrangement, the active disturbance rejection controller provides active disturbance rejection ability for the controller, and the feed-forward error compensation controller improves the tracking precision. Both the tracking control and disturbance rejection performances are thus enhanced. In real-time control and implementation, the effects of finite word length, position feedback resolution, and short sampling period are analyzed and addressed. Machining experiments are conducted, and the results illustrate the control system synthesis procedures and a substantial improvement over the tracking error generated by the linear active disturbance rejection controller alone.     

自抗扰控制技术在钢坯闪光对焊位置伺服系统的应用

为提高钢坯闪光对焊液压位置伺服系统的品质,采用自抗扰控制技术进行了控制器的设计,并基于物理模型进行仿真验证.针对系统中存在难以准确数学建模的非线性环节、参数时变的特性以及执行机构存在耦合和干涉的特点,利用AMESim平台构建了系统模型.依据系统的主要影响因素以及在响应速度高、抗干扰能力强、稳定性好的特性要求下,设计了3阶非线性自抗扰控制器.AMESim与Matlab联合仿真结果表明,基于自抗扰控制技术的控制策略不仅具有很好的抗扰动能力,而且取得了较好的位置伺服效果.虚拟仿真试验结果表明,在无头轧制闪光对焊位置伺服中引入自抗扰控制技术是可行性的,并具有其优势性.