钻机平台单通道液压调平支腿的控制分析

由于钻机平台单通道液压支腿控制性能对整个调平系统有影响,提出在钻机平台现有控制方法基础上,对各个液压支腿串联设计单通道控制器,以减少系统调平时间;同时,针对钻机平台单通道液压支腿进行控制器的设计,针对存在的负载干扰不确定性、模型非线性等因素,建立单通道液压支腿非线性仿真模型,设计模糊自适应PID控制器并进行仿真研究。通过Simulink仿真分析,得出在设计的模糊自适应控制作用下,单通道液压支腿能快速跟踪输入信号,相比于常规控制方式,提升了调平支腿对全局控制器输入控制信号的跟踪速度,并将控制误差减小一半,有利于提升整体调平系统的调平速度,为钻机平台调平系统的改进提供了参考。     

X-Y数控工作台的摩擦和扰动补偿方法研究

为提高数控机床伺服系统的控制精度,对X-Y数控工作台高精度控制中的摩擦补偿和外部扰动的补偿进行了研究。建立了基于动态Lu Gre摩擦的伺服系统模型,提出了设计一个非线性双观测器来估计Lu Gre模型内部的不可测的状态,并通过自适应鲁棒控制器来实现未知的摩擦和负载转矩的补偿,同时设计神经网络观测器补偿外部扰动;利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,有效地解决非线性摩擦和扰动的影响,提高系统的跟踪精度和鲁棒性。     

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.     

电动负载模拟器的自适应终端滑模控制

为了更好地测试舵机性能,提高加载系统的鲁棒性和稳定性,实现电动负载模拟器对信号精确跟踪,同时抑制多余力矩,提出高阶非线性自适应终端滑模控制策略,避免了参数变化和扰动对系统的影响。将舵机看作一个扰动输入,确立负载模拟器系统为双输入单输出非线性系统,建立负载模拟器非线性数学模型,并基于此模型提出自适应终端滑模控制策略。利用Lyapunov函数证明闭环系统的渐进稳定性及有限时间收敛特性。并通过Simulink仿真验证了此控制策略的有效性。结果表明:与普通滑模控制相比,自适应终端滑模控制方法跟踪精度更高,对多余力矩也起到了很好的抑制效果。     

基于Haar小波的双直线电机自适应滑模控制北大核心

针对双直线电机伺服系统的同步控制精度易受耦合干扰、负载扰动和模型不确定性等因素影响,提出了一种基于Haar小波逼近的自适应滑模同步控制方法。采用滑模位置控制器克服扰动对伺服系统的影响,提高抗干扰性能;为削弱滑模控制引起的系统抖振,采用Haar小波基函数逼近系统动态模型中的时变非线性函数,进一步提高系统鲁棒性;同时采用自适应算法在线整定逼近函数的权值,并基于Lyapunov稳定理论证明了控制系统的渐进收敛性。实验结果表明,基于Haar小波的自适应滑模控制与滑模控制相比,不仅提高了系统的跟踪精度和同步精度,还增强了系统的鲁棒性。     

面向复杂环境的无人机发射平台自调平系统研究

为了满足无人机发射平台在复杂环境下的快速、高精度自动调平要求,探索平台的调平控制方法和策略。根据无人机发射平台的调平液压原理在AMESim软件中对此调平系统进行建模和仿真,模拟液压调平系统在平台的调平操作。分析仿真的系统支腿位移、支腿液压缸流量、换向阀流量等曲线,清晰地观察该系统动态回路特性。仿真结果表明：所建立的系统仿真模型可适应复杂工况下调平,验证了调平系统的合理性,可为同类液压调平系统的设计与分析提供参考。     

基于AMESim的排土机司机室自动调平系统设计与研究

排土机经过半个多世纪的发展自动化程度日益发达,而司机室调平系统依旧是手动控制,控制精度较差。为了提高其控制精度,对手动控制进行改进,并在改进的基础上设计一种司机室自动调平系统。以其工作原理及结构参数为依据,建立了调平系统的数学模型和AMESim仿真模型,分别对原系统、改进系统及自动控制系统进行仿真。仿真结果证明了改进系统稳定性优于原系统,验证了自动调平系统的可行性,节省了实验费用,为司机室调平系统设计、改进提供了理论依据。     

登高平台双油缸协同作业动力学仿真分析

针对多功能抢险救援车登高平台调平作业中双油缸协同控制问题,建立折叠臂及登高平台系统的动力学模型.运用ADAMS进行仿真,初步确定油缸供油顺序,得到一种分析双油缸协同作业时受力的仿真方法.运用该方法得到特定工况下油缸的正确运动状态,确定油缸的供油顺序,验证模型的调平精度.研究结果为登高平台液压系统设计提供参考.     

基于RBF神经网络和扰动观测器的PMLSM位置控制

针对永磁直线同步电机的位置控制,其控制精度易受模型误差和负载扰动等因素的影响,设计了一种改进型的滑模趋近律控制器,提出了基于RBF神经网络的建模误差逼近器和非线性负载扰动观测器。首先,利用改进型的滑模趋近律算法,加快到达滑模面的速度,降低系统的滑模抖振;其次,采用RBF神经网络算法逼近系统的建模误差;最后,非线性扰动观测器对系统的负载扰动进行估计。此外,系统采用前馈补偿控制策略,以提高系统的控制精度。仿真结果表明:通过与传统的滑模趋近律控制方法相比,文章提出的方法提高了系统的控制精度、增强了系统的鲁棒性。     

转台伺服系统扰动估计与补偿控制

针对转台伺服系统负载转矩和系统参数变化大的特点,建立了伺服系统状态方程,设计了基于非线性PID控制器和非线性扩张状态观测器的系统模型。基于观测器估计系统输出角度、角速度及系统未知扰动,并用估计的系统未建模动态和未知外扰对系统进行补偿。仿真结果表明:基于该方法的补偿控制能提高转台伺服系统跟踪精度,在负载转矩变化大和较强外界干扰条件下系统具有良好的控制效果。     

基于AMESim的大型自调平平台液压系统的仿真分析

以大型平台自调平为研究对象,给出了平台自调平的调平方法和策略,通过液压调平系统来实现调平,在AMESim环境下对其调平液压系统进行建模和仿真,利用千斤顶液压系统的流量、位移等曲线分析了平台自调平的动态过程。仿真结果证明:所建模型及复杂工况下该调平方法的合理性,为类似自调平液压系统的分析与设计提供了参考。     

基于自抗扰的电液位置同步控制系统

针对液压伺服系统中的非线性和不确定特性,为了改善双电液位置伺服系统的同步性,设计了基于自抗扰控制器的速度环电液位置系统,对速度系统的内部扰动和外部扰动进行观测,并加以补偿,同时引入两侧速度偏差补偿信号,实现对速度和位置控制。仿真实验结果表明,此控制方案十分有效,具有较强的鲁棒性,动态过程同步误差小,能较好地满足被控对象对高精度同步控制的要求。     

数控机床用磁悬浮系统非线性动态积分滑模变结构控制

为了实现龙门数控加工中心磁悬浮系统悬浮高度的精确控制,并考虑到刀具切削工件过程中磁悬浮系统所受到扰动对悬浮高度的影响,针对被控对象的非线性磁悬浮模型,选择新的状态变量,通过状态变量之间的相互变换,将不规则的非线性磁悬浮模型转换成规则的仿射非线性的磁悬浮模型;针对该非线性模型设计了控制悬浮高度的非线性动态积分滑模控制器。在选取切换面时,考虑系统状态、输入、输入的一阶(或高阶)导数及其积分项,这使得趋近律中不连续项的影响有所转移,从而有效降低了滑模控制器抖振的发生;另外由于在滑模切换函数中加入了积分环节并且是对非线性被控对象直接进行控制,消除了滑模控制的稳态误差和系统模型的误差。仿真研究结果表明:所设计的动态积分滑模控制器比传统的滑模控制器更好地实现了系统的稳定悬浮,具有很强的抗扰性并能够使系统具有较高刚度。     

基于任务坐标系的液压机四角调平控制

针对液压机滑块的四角调平电液系统,提出了一种基于空间任务坐标系的控制方法。分析滑块与调平缸的运动关系与空间位置关系,从而建立坐标转换矩阵,将液压机滑块四角的直线位移坐标转换为滑块中心位移与倾角组成的任务坐标,在任务坐标空间内设计了基于调平力偏置非线性前馈补偿的滑块跟踪运动PID控制器,并且直接针对滑块的倾角设计了调平PID控制器,针对不同控制目标的控制参数是独立调节、互不影响的。设计了基于调平力偏置的预加速过程,以缓解滑块与调平缸接触时的冲击。最后,在25000 kN玻璃钢液压机上对所提控制方法的有效性进行实验验证。实验中,调平缸分别定位于平面矩形的四角,矩形尺寸为3550 mm×2900 mm。实验结果表明:使用基于任务坐标系的四角调平控制方法后,液压机滑块绕坐标轴x、y的旋转倾角分别被控制在0.0032°和0.0045°以内,各调平缸的位移偏差不超过0.45 mm。     

基于线性自抗扰的并联液压系统同步控制北大核心

针对并联液压系统的强耦合、非线性、以及内外不确定性扰动造成同步性差的问题,提出基于线性自抗扰控制的同步控制策略。首先,基于流量连续性方程建立并联液压系统的压力与负载微分模型;然后,基于自抗扰控制理论,变换系统的状态空间方程,并将参数不确定性、扰动不确定性、模型不确定性等视作“总扰动”,设计了三阶线性自抗扰同步控制器;最后,在AMESim中搭建了并联液压系统模型,并导入MATLAB/Simulink模块,通过联合仿真验证了所提控制方法的有效性,进一步地与PID控制进行比较。结果表明,基于线性自抗扰的同步控制策略下的并联液压系统的同步精度高,鲁棒性强,为对并联液压系统同步性要求较高的重载工业工程提供了新的控制思路。     

磁悬浮减振器的双闭环控制策略研究

研究一种新型的磁悬浮减振器,它采用永磁铁和电磁铁构成混合式磁悬浮系统,利用磁铁间相互的斥力提供悬浮力,实现柔性减振。在系统模型的基础上,针对减振器磁悬浮系统的非线性、存在未建模动态和不确定性、模型不十分精确的特点,提出采用自抗扰控制器作为外环,PID控制器作为内环,构成双闭环反馈控制方案来实现稳定的悬浮、减振和对扰动的抑制。仿真分析和实验研究表明:采用此控制方案的磁悬浮减振器具有很好的动、静态特性和强抗扰性。     

基于扰动观测器的PMSM系统自适应反步滑模控制

针对负载转矩波动和系统参数变化的永磁同步电机(PMSM)系统的控制问题,提出了一种带有非线性扰动观测器的自适应反步滑模位置跟踪控制方法。首先,设计了自适应反步滑模控制器,以确保电机位置快速收敛到期望值,并设计了自适应收敛增益,以减小电机位置响应下的大的过冲;其次,设计非线性扰动观测器估计未知扰动,并为自适应反步滑模控制提供前馈补偿,以提高系统的鲁棒性,并减少稳态位置误差。仿真结果表明,该方法可以有效减少过冲,很好地实现了PMSM系统的快速位置跟踪控制,具有良好的抗扰动性能。     

基于前馈和滑模复合结构的飞行器电动舵机控制

针对飞行器电动舵机伺服系统的控制问题,提出了一种能够有效抑制传动机构非线性摩擦的控制方法,该方法由前馈补偿器、基于LQR的PID反馈控制器以及滑模控制器构成。前馈控制能够提高系统响应的快速性,PID反馈控制提高系统的抗干扰能力,针对非线性摩擦设计的滑模控制律,用来削弱非线性摩擦对舵机伺服的影响。在分析电动舵机伺服系统构成的基础上,给出了非线性摩擦的Stribeck模型;建立了系统数学模型,在此基础上分析得出前馈补偿器的结构和参数;引入参考给定量,建立基于误差的状态控制方程,设计了基于LQR的PID控制器以及抑制非线性摩擦扰动的滑模控制律。分别对含有滑模控制器和不含滑模控制器的控制方法进行了仿真实验,实验结果表明:含有滑模控制器的控制方法能够有效抑制非线性摩擦引起的速度抖动问题以及位置"平顶"现象。     

基于集中式卡尔曼滤波干扰观测器的无模型自适应控制

针对一类具有测量扰动的离散时间非线性系统,提出一种基于集中式卡尔曼滤波干扰观测器的无模型自适应控制方法。利用动态线性化方法构造被控系统的线性化数据模型;根据线性化数据模型和传感器的测量数据,设计最优集中式卡尔曼滤波干扰观测器;并利用观测器的输出在线调整伪偏导数,提出系统的控制更新方案。该方案的设计和分析不依赖于除输入输出数据的任何模型信息,可避免常规无模型自适应控制方法容易受测量扰动的影响。仿真结果表明：与基于单个传感器卡尔曼滤波干扰观测器的无模型自适应控制方法相比,提出的基于多传感器最优集中式卡尔曼滤波干扰观测器的无模型自适应控制方法具有更好的跟踪性能和更大的数据信噪比。     

基于焊工调节的铝合金脉冲MIG焊背面熔透建模

针对铝合金薄板脉冲MIG焊背面熔透难题,提出一种基于焊工调节的背面熔透建模与控制方法.设计焊接速度随机变化波形,致使铝合金背面熔池尺寸动态波动,采用被动视觉系统实时采集背面熔池图像,焊工观察图像熔池大小,手工调节焊接电流保证背面熔宽的均匀性,同时开发图像处理算法提取背面熔宽.采用最小二乘系统辨识法建立焊工调节电流与背面熔宽的非线性Hammerstein模型.开展了铝合金脉冲MIG焊电流扰动和焊接速度扰动试验.结果表明,基于焊工调节的非线性Hammerstein模型可以有效地控制背面熔宽,且具有良好的抗干扰能力.