基于摩擦补偿的电液作动器高精度控制

电液作动器因其集成度高、占用空间小,容易组成分布式集中控制系统,在航空航天与工程机械领域飞速发展,但是在低速运行工况下,由于摩擦力以及液压系统的非线性等因素,难以完成高精度轨迹跟踪工作甚至产生低速爬行。为此,从摩擦特性对电液作动器轨迹跟踪精度的影响出发,提出一种前馈补偿+ESO的控制策略,引入LuGre动态摩擦力中的鬃毛平均变形量,建立精确伺服系统状态空间方程,在Simulink平台上搭建摩擦力模型和泵控非对称缸模型,采用正弦位置指令对该解决方案的轨迹跟踪精度进行了仿真验证。结果表明:前馈补偿+ESO的控制策略跟踪误差仅为常规PID控制的1/4,跟踪精度达到0.2 mm。     

直线电机摩擦力的动态补偿研究

由于非线性摩擦力的影响,高精度的直线电机滑台在低速运动时跟踪精度会受到较大的影响。从实际运用的角度出发,在传统的Stribeck摩擦数学模型的基础上引入位置参数建立新的模型,对非线性摩擦力进行补偿,并根据模型的特点设计前馈积分控制器进行系统辨识和补偿。采用Lyapunov函数和LaSalle不变性原理分析系统的稳定性。仿真结果表明:采用该模型提高了滑台的跟踪性能。     

带有摩擦前馈补偿的伺服控制器设计的研究

为了克服系统摩擦给系统带来的稳态误差和低速爬行问题，利用控制策略来补偿摩擦非线性对系统运动的负面影响是降低摩擦非线性负面影响的有效且节俭的途径。首先对交流伺服驱动的工作台进给系统进行了摩擦力测量实验，根据实验数据，建立了用于摩擦补偿控制的简化Stribeek摩擦力模型：由于XY工作台进给传动机构中存在的伺服滞后和摩擦是降低工作台位置跟踪精度两个主要因素，所以一个完整的前馈补偿方案应该包括两个部分：摩擦前馈补偿器和命令前馈补偿器。分别对命令前馈控制器和摩擦前馈补偿控制器进行了理论设计，借助于现有的GT-400运动控制器的功能，添加摩擦力补偿模块提升了工作台的跟踪精度，并和没有前馈补偿的传统控制器进行了对比研究，实验结果表明带有命令前馈和摩擦前馈的控制方案能取得更好的控制性能。     

基于优化非线性控制的齿轮传动系统动态误差研究

针对齿轮传动系统运动角位移跟踪误差较大、振动幅度相对严重等问题,对直齿圆柱齿轮运动过程中产生的角位移和输出扭矩等进行研究。建立齿轮传动系统模型,给出齿轮传动系统动力学方程式。对传统线性PID控制系统进行改进,设计非线性PID控制系统。引入粒子群算法,对粒子群算法权重系数进行改进。采用改进后的粒子群算法优化非线性PID控制系统,通过反馈误差对PID控制器参数进行调节,从而达到控制系统输出误差的补偿目标。利用MATLAB软件对优化后的齿轮传动系统输出误差和扭矩进行仿真,并且与线性PID控制结果进行对比。结果表明:与线性PID控制系统相比,优化后的齿轮传动控制系统能够在线调节各项控制参数,从而提高齿轮传动精度。该控制系统反应速度快,稳定性较好,抗干扰能力强,具有较高的控制精度。     

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。     

二次调节力矩控制中的摩擦问题及其模糊控制补偿方法

本文对于二次调节力矩控制系统的摩擦现象及其模糊控制补偿方法进行了研究：给出了二次调节力矩控制系统的数学模型，用以进行摩擦现象及其补偿的理论和仿真分析；结合实验测试结果，建立了一个包含静摩擦、库伦摩擦、粘性摩擦和Stibeck效应等因素在内的摩擦模型，用以近似地反映现实中复杂的摩擦现象，这对于研究力矩控制时摩擦对于系统的影响非常有益。仿真和实验结果证明了摩擦模型的有效性；也证明了模糊控制器对于非线性摩擦补偿和提高系统的精度的有效性。     

基于改进粒子群算法优化的凸轮驱动电液制动器控制研究

为解决车辆制动反应时间较长的问题,设计一种凸轮驱动电液制动器控制系统,并对制动响应时间进行仿真验证。介绍凸轮电液制动系统的总体结构,建立系统的动力学模型。定义凸轮机构的设计变量和约束条件,构造其优化目标函数。引用粒子群算法并进行改进,利用改进粒子群算法对目标函数进行优化,并给出凸轮机构优化流程图。在不同制动压力下,利用MATLAB软件对优化后的凸轮驱动电液制动器的制动反应时间进行仿真,并且与优化前进行对比。结果显示:随着制动压力的增大,优化前凸轮驱动电液制动器的制动反应时间较长,优化后反应时间较短。采用所设计的凸轮驱动电液制动器控制系统,能够缩短车辆制动时间,有利于安全驾驶。     

飞机舵机电动伺服系统的摩擦补偿控制策略北大核心

为了解决非线性摩擦力导致飞机舵机电动伺服系统的控制性能降低这一问题,提出了一种基于改进蜂群算法的系统摩擦辨识与控制策略。首先,引入LuGre摩擦模型对系统进行数学建模,提高模型的准确性;其次,利用tent混沌映射、自适应反向轮盘赌概率选择方法及动态位置搜索方法对蜂群算法进行改进,提高算法搜索能力的自适应性、全局搜索能力和收敛精度,进而提高摩擦模型参数辨识精度;最后,结合辨识后的摩擦模型设计复合控制补偿器以补偿系统运行时产生的非线性摩擦力。实验结果表明,改进蜂群算法方法可以使摩擦参数的辨识值更精确。同时在复合补偿控制器作用下,系统跟踪误差值由1.86 Nm降至0.23 Nm,减小了约87.6%,降低了摩擦力对系统性能的影响,提升了系统的控制精度。     

基于增维精细积分的电液伺服振动系统非线性动力学求解

考虑非线性摩擦的Stribeck效应和可变静摩擦特性,建立了电液伺服振动闭环控制系统的非线性动力学模型,采用增维精细积分对系统的响应进行求解。数值计算表明:液压振动台换向时受非线性摩擦和流量非线性影响严重,出现了较大的波形失真,与试验现象一致;采用精细积分法避免了MATLAB/Simulink仿真存在代数环等问题。     

基于改进差分进化算法的伺服驱动系统摩擦参数辨识研究

非线性摩擦力是影响伺服驱动系统定位精度的主要因素之一,摩擦补偿技术可以有效抑制摩擦力对伺服驱动系统的影响。Stribeck摩擦模型作为一种常用的摩擦模型,能够比较精确的描述系统摩擦力的特性,其精确程度与摩擦参数的准确度密切相关,所以辨识摩擦参数的方法至关重要。论文以常规伺服驱动系统为研究对象,提出了一种基于改进差分进化算法的摩擦辨识方法,并与常规差分进化算法和遗传算法进行了仿真对比。辨识结果表明,基于改进差分进化算法的摩擦参数辨识方法辨识速度更快,精确度更高。     

Friction characterization and compensation of a linear-motor rolling-guide stage

In this article, characterization and compensation for the friction at the micro (plastic module and nonlinear spring) and macro modes (nonlinear Coulomb and Stribeck) of a linear-motor rolling-guide stage are reported. Because the system dynamics under the micro and macro modes are very different, the paradox to determine the optimal servo gains for both modes was solved by a two-stage fuzzy PID controller. The fuzzy PID controller possesses a switching mechanism that continuously tunes the servo gains according to the system states. For the precision reversal path tracking at low speed, the system dynamics is dominated by the complicated and nonlinear friction characteristics. Due to the nonlinear spring characteristics, the friction was found unsymmetrical at the reversal points of the low speed path tracking. A simplified unsymmetrical friction model was proposed and proved to improved motion precision well. From the simulations and experiments, the proposed controller shows good tracking and positioning accuracy after friction compensation.     

基于MPSO的电液举升伺服系统自适应模糊PID控制

为提高电液举升伺服系统位置控制精度,提出一种基于改进的粒子群算法(MPSO)优化的自适应模糊PID控制策略。根据流体动力学原理,建立伺服阀控非对称缸系统数学模型,分析系统动态运动特性。综合考虑多种不确定扰动影响,设计自适应模糊PID(AF-PID)控制器,并通过MPSO算法对AF-PID控制器中的量化因子和比例因子进行迭代寻优。利用MATLAB/Simulink和AMESim仿真软件,搭建系统的联合仿真模型,并对所设计控制器的控制性能进行仿真验证。结果表明:相同工况下,相较于常规PID和AF-PID控制器,MPSO-AF-PID控制器作用下系统的轨迹跟踪性能最优,能更好地满足起下管柱作业需求。     

基于优化位姿控制的并联液压机械手跟踪控制研究

针对二自由度并联液压机械手控制系统容易受到外界干扰问题,对机械手控制系统输出误差进行研究。结合机械手平面简图分析了并联液压机械手工作原理,推导出机械手运动学和动力学方程式。引用模糊PID控制系统,采用差分进化算法和前馈补偿方法对模糊PID控制系统进行优化,将优化后的控制系统通过MATLAB软件进行误差仿真,同时与模糊PID控制系统输出误差进行比较和分析。仿真误差显示：在无干扰环境中,优化前和优化后的二自由度并联液压机械手模糊PID控制系统,其运动位移和角位移输出误差差别不大,跟踪效果较好。在有干扰环境中,优化前二自由度并联液压机械手模糊PID控制系统,运动位移和角位移输出误差较大,而优化后二自由度并联液压机械手模糊PID控制系统,其运动位移和角位移输出误差较小。采用差分进化算法和前馈补偿控制方法,能够抑制外界信号波的干扰,提高二自由度并联液压机械手的跟踪精度,其控制效果较好     

直线电机进给系统摩擦自适应补偿控制

为消除非线性摩擦干扰对直线电机进给系统定位精度的不利影响,提出一种基于LuGre摩擦模型的自适应补偿控制方法。建立直线电机进给系统的动力学方程,并在系统建模中引入基于自适应因子的改进LuGre模型;采用反步设计法的思想,利用李雅普诺夫第二法推导了自适应控制律;最后进行了半物理仿真实验。仿真结果表明:该自适应控制器应用于直线电机进给系统的摩擦补偿是可行的,有效提高了系统的位移定位精度和速度跟踪精度。     

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     

摩擦焊机电液比例轴向压力控制系统仿真和PID控制研究

为提高摩擦焊接过程中轴向压力控制精度,对摩擦焊机电液比例轴向压力控制系统进行数学分析,并根据其系统的特点,建立电液比例轴向压力控制系统数学模型,同时利用Simulink对系统进行仿真分析,最后采用PID控制算法对其进行校正,提高了控制系统的快速性、稳定性和准确性。