基于解耦控制算法的XYθ定位平台系统研究

为减小运动定位平台XYθ方向的振动误差及耦合,提高平台定位精度,提出了一种基于神经网络前馈PID解耦控制算法的定位平台系统设计。搭建了由高性能X、Y方向直线电机、θ方向力矩电机驱动组成的大行程微米级定位平台与上位机系统,采用改进的神经网络前馈PID解耦控制算法对运动定位平台进行定位补偿,通过传感器实时反馈定位系统终端位置,实现定位平台闭环反馈控制。MATLAB仿真及实验结果表明,改进的控制算法实现了平台的解耦控制,可较好地完成多轴同步控制,提高系统的动态与稳态性能。     

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。     

基于分数阶PID的宏微复合驱动器宏动控制策略

针对宏微复合驱动器控制系统中存在定位误差大和调节时间长的问题,提出了一种基于次最优分数阶PID的控制策略。简述了宏微复合驱动器结构及工作原理,并基于电磁驱动原理建立了宏动部分数学模型;设计了分数阶PID控制器,并采用遗传算法和次最优的方法对控制器进行参数整定;通过数值仿真和实验验证了分数阶PID控制器的有效性。结果显示,采用分数阶PID控制器相较于传统PID控制器在5 mm以及更大定位行程中位移超调量下降超过57%,调节时间减少超过24%,且行程越大驱动器采用分数阶PID控制器控制效果越明显。研究结果表明,分数阶PID控制器在宏微复合驱动器宏动系统中的控制效果明显优于传统PID控制器。     

音圈电机驱动微定位平台线性自抗扰滑模控制

针对音圈电机驱动柔性微定位平台控制速度和精度低以及抗干扰能力弱等问题,设计了一种将滑模控制和线性自抗扰控制相结合的复合控制器来提高平台系统的控制性能。首先,搭建了音圈电机驱动复合双平行四杆柔性机构的微定位平台和实验系统,并进行了系统辨识;其次,设计了线性自抗扰控制器,利用线性扩张状态观测器估计系统的内外扰动并在线进行扰动补偿,针对线性自抗扰控制器性能优化上的局限性,提出滑模控制器解决相位滞后问题来进一步提升轨迹跟踪精度;最后,利用所搭建的实验平台对控制方法进行了实验验证。结果表明,滑模和线性自抗扰复合控制器能够很好地克服内外干扰,与经典PID控制和单独的线性自抗扰控制相比,跟踪正弦波信号的最大误差分别减小了52.98%和21.26%,满足了微定位平台高精高速的控制要求。     

大行程无耦合二维精密微定位平台设计与分析

为了满足当前精密重型设备对于大行程微定位平台的需求,本文提出了一种压电驱动大行程无耦合的二维精密微定位平台,该平台以压电陶瓷作为驱动元件,利用菱形位移放大机构对位移进行放大输出,同时实现了平台二维大行程、无耦合独立运动。设计了微定位平台的结构,分析了平台的工作原理;运用正交分析法研究了菱形位移放大机构位移输出的影响因素,优化了菱形位移放大机构,得出了平台优化的设计参数;通过有限元软件进行仿真分析,得到了平台的输出位移、位移放大倍数、刚度、固有频率、谐响应频率及最大位移输入时的应力。     

高速运动平台的快速精密定位控制

针对高速运动平台到位阶段的惯性振动造成的运动平台调节时间长、定位精度差等问题,提出了一种结合速度-加速度前馈控制、增益调度PID控制及扰动观测器(DOB)的复合控制方法.其中速度-加速度前馈用于实现平台的高加速运动特性;增益调度PID控制可以有效改善平台定位阶段由于非线性摩擦力对平台定位性能的影响,使平台的跟踪误差快速...     

精密微塑性成形系统的研制

随着微型零件尺寸的减小,对成形设备提出了更高要求,传统的塑性成形设备难以在小行程下实现载荷和位移的精确控制。针对微成形的特点研制了精密微塑性成形系统,设计了宏动／微动相结合的驱动系统,微动部分使用压电陶瓷作为驱动器,宏动部分采用精密丝杠旋钮来实现,借助数据采集系统进行数据的实时采集和处理,使用成形工艺控制器对微成形过程进行精确控制,该系统可以对模具进行加热以实现等温成形,由温度PID控制器控制。使用该精密微塑性性成形系统进行了微成形试验,所成形的微型齿轮零件质量良好。     

压电微位移器的实验建模与复合控制北大核心

为实现动静态特性理想的压电微位移器控制,提出一种前馈控制和PI控制相结合的微细位移控制算法。对该压电微位移器进行迟滞特性实验测试,以实验数据为基础建立了迟滞特性的Preisach模型,采用比例环节作为前馈控制器,PI控制作为反馈控制环节,构成复合控制。仿真结果表明:系统阶跃响应稳态误差小于0.4μm,调节时间小于2ms,能够满足精密加工要求。     

面向微操作的宏/微精密定位技术研究

宏/微精密定位技术是微操作机器人的关键技术之一.在分析微操作机器人对宏微结合的精密定位技术需求的基础上,介绍了微米级宏动定位系统以及纳米级微动定位技术的实现方法.最后总结了压电陶瓷驱动纳米定位技术中的机构、驱动、检测、控制等关键问题的研究现状,并对微定位技术发展趋势进行了展望.     

数控折弯机电液比例控制技术的研究

钣金折弯过程中因折弯机双缸电液比例模型参数的差异与时变以及折弯负载力干扰等导致系统指令跟随误差和双缸同步误差增大,为减小这种误差给生产效率和机床工况带来的不良影响,提出了一种基于迭代前馈和单神经元PID的复合控制算法,利用单神经元PID的自适应能力提高系统对折弯负载力干扰的鲁棒性,通过迭代学习前馈控制提高系统的快速跟随性,并引入交叉耦合控制改善双缸同步性。折弯实验结果表明：该复合控制算法较工程中常用的PID算法,不仅使得最大跟踪误差和最大同步误差分别从2.1 mm和0.14 mm减小到0.5 mm和0.055 mm,改善了机床加工工况,而且折弯工进的定位周期缩短了约18%,提高了生产效率     

混联驱动三维椭圆振动辅助切削系统压电迟滞建模与补偿

针对混联驱动三维椭圆振动辅助切削系统中由压电驱动导致的迟滞非线性问题开展研究.首先分析了该系统迟滞的产生原因,选择Bouc-Wen模型描述该系统各轴向子系统中输入电压与输出位移之间的数学关系,并引入前期粒子群算法和自调整转换概率来提高传统花授粉算法的寻优能力和辨识精度;其次,依据Bouc-Wen模型进行控制策略设计,为提高系统控制精度及稳定性,在传统前馈控制基础上结合PID反馈控制构成复合控制策略补偿迟滞非线性;最后,以Y 1轴向子系统为例,通过跟踪实验验证所设计复合控制策略的有效性,最大跟踪误差为0.304μm.采用复合控制策略进行迟滞补偿后,系统迟滞分量明显减小,系统具有更高程度的稳定性.     

基于Tabu参数辨识的直线电机推力波动复合抑制方法

为抑制周期性扰动与不确定性因素所引起的推力波动对直线电机跟踪精度的影响,提出一种定位力前馈补偿与扰动观测相结合的复合抑制方法。首先分析定位力的周期特性并建立数学模型。利用禁忌搜索算法(Tabu)辨识模型中的参数,并构建前馈控制器。同时设计扰动观测器(DOB)补偿其他非周期扰动。由实验结果可以看出,不同速度下系统的稳态跟踪误差明显降低,表明复合控制有效地抑制了推力波动,提高了伺服精度。     

微细电火花线切割加工伺服运动控制卡设计及实现

设计了一套精密伺服运动控制卡,该卡利用DSP作为控制系统的核心,采用了不完全微分PID控制器,并针对压电陶瓷电机低速运动时具有不固定死区特性,进行了自适应死区逆补偿,以实现对压电陶瓷电机进行精确控制.实验结果表明,此伺服运动控制卡能满足微细电火花线切割加工的伺服控制要求.     

基于迭代学习的直驱XY平台抗干扰复合控制

直驱XY平台在微电子封装领域有着广泛应用,针对扰动下难以实现XY平台高精密轨迹跟踪的问题,对双轴运动的轮廓误差模型以及抗扰控制机理进行研究,并提出了有效的控制方法.分析并建立了二维轨迹运动轮廓误差模型,在此基础上,单轴采用基于干扰观测器的双闭环前馈复合控制方式,轴间则利用迭代学习控制率构建基于轮廓误差的位置跟踪控制器进...     

基于MMAS-PID 的板形板厚综合控制

针对带钢冷连轧板形、板厚存在的强耦合关系,建立了板形板厚耦合模型,进行了厚度波动前馈补偿,设计了对角形板形板厚解耦控制系统,实现了板形板厚解耦。同时设计了最大最小蚁群算法（MMAS）优化的PID控制器,对综合控制系统进行了PID参数优化.仿真实现了快速优化PID以满足控制要求,与传统的PID控制相比,MMAS-PID综合解耦控制系统有效提高了板形板厚控制精度.     

宏/微双驱动微切削定位进给系统的递进式误差补偿技术研究

宏/微双驱动微切削定位进给系统在航空航天、医疗、核能以及IC制造等领域具有广泛的应用,其定位进给精度是保证零件切削加工质量的根本。为了提高其定位进给精度,提出一种机械补偿与算法补偿相结合的递进式误差补偿方法:首先通过微动平台元件的压电致动特性实现对宏平台的粗误差机械方式补偿,再采用最小二乘法和BP神经网络误差补偿模型进行宏/微双驱动系统的精误差算法补偿。并通过误差补偿实验验证后得出,在微切削加工条件下,基于宏/微双驱动定位进给系统的递进式误差补偿法极大地提高了机床的定位进给精度;补偿后X、Y轴的误差波动区间集中在[-0.010,+0.010]μm,定位精度分别为0.006 mm和0.009 mm,重复定位精度为0.010 mm和0.013 mm,实现了系统的纳米级定位和10 nm级的重复定位。     

纳米级XY微定位平台的设计与研究

为了实现二维平面纳米级定位,研制了一台压电陶瓷驱动和弹性铰链导向的一体化微定位平台.该微定位平台具有高刚度、高响应速度和高分辨率等优点.为了克服压电陶瓷驱动器伸长量较小的不足,采用杠杆放大机构增加微定位平台的位移输出.考虑驱动电路的影响,建立了微定位平台的机电耦合模型.通过试验研究了微定位平台的静动态特性,试验结果表明微定位平台的分辨率为5nm,固有频率分别为143Hz和180Hz.该微定位平台可应用于纳米级的微定位.     

基于柔性铰链微动平台的自抗扰控制方法

微动平台一般以柔性铰链为导向机构,由于系统固有频率低,会严重限制传统PID算法的控制带宽,影响定位精度。因此,设计自抗扰控制算法（ADRC）将系统未建模动态与外部未知扰动共同视作“总扰动”,通过扩张状态观测器（ESO）进行估计和补偿,提高系统的控制带宽。为了充分利用已知的模型信息,设计基于模型的ADRC算法,将柔性铰链标称模型输入到ESO中,进一步提升系统的控制性能。最后,通过10 μm行程的点位运动实验进行验证。结果表明：因为控制带宽无法过大而导致PID难以响应,ADRC提高了控制系统带宽,实现了精密定位;模型ADRC进一步提升了响应速度与定位精度。相比ADRC,模型ADRC整定时间缩短了68.1%,最大跟踪误差降低了53.8%,定位精度提升了60.7%。     

振动与力加载耦合电液系统的力加载跟踪控制

针对振动与力加载耦合电液系统因强耦合产生的干扰力问题,分析耦合系统的组成及工作原理,建立振动与力加载耦合电液系统的动力学模型;在此基础上,分析耦合电液系统干扰力的产生机制,提出带干扰观测器的前馈速度补偿控制策略;搭建振动与力加载耦合电液系统试验台,对提出的控制策略进行试验验证。试验结果证明提出的带干扰观测器的前馈速度补偿控制策略能够有效抑制系统干扰力,提高力加载跟踪精度。     

融合光纤感知的气动执行器夹持力控制策略研究

为了降低气动执行器夹持力/气压迟滞的影响,提高夹持力跟踪控制精度,提出一种基于Prandtl-Ishlinskii （P-I） 逆模型的前馈补偿结合模糊PID的控制策略。分析气动执行器的夹持力/气压迟滞特性,通过初载曲线法辨识迟滞模型参数,建立P-I逆模型;设计融合FBG力感知的模糊PID控制算法,基于自制的FBG传感器实现夹持力反馈,通过标定实验验证传感器的静态特性。在Simulink中构建前馈补偿和融合FBG力感知的模糊PID相结合的复合控制器,完成与传统PID以及模糊PID控制器的夹持力控制仿真对比。仿真结果显示：前馈补偿可以降低稳态误差,提高控制精度。最后,在气动执行器夹持力控实验平台上开展动态跟踪实验,验证了所设计复合控制器的有效性。