基于模糊控制的微操作平台位置精度补偿方法

由于压电式微操作平台的迟滞非线性会导致其位置精度和动态性能下降,且难以建立精确的迟滞非线性模型,采用一种基于模糊控制策略的位置精度补偿方法,以摆脱对迟滞模型的依赖。以一种一维压电式微操作平台为对象,以平台的位置偏差与偏差变化率为模糊输入,压电驱动器输入电压变化量为模糊输出,提出采用基于PID控制的实验数据获取经验来制定模糊规则的方法。通过模糊推理和解模糊过程,建立平台输入量与输出量之间的模糊关系,实现了可消除迟滞现象的自适应补偿。为了说明所提出的位置精度补偿方法的可行性,通过实验与PID控制进行比较,分析平台跟踪不同频率正弦信号的位置误差。实验结果表明,所提出的模糊控制方法能使平台具有更高的位置跟踪精度和更快的跟踪速度,并具有较好的自适应性。     

压电陶瓷片迟滞补偿建模及悬臂梁主动控制研究

为增强压电悬臂梁振动控制效果,提出一种基于最小二乘法的逆迟滞补偿控制算法。在不同电压下对压电陶瓷片位移进行实测,应用最小二乘法对其迟滞环进行多项式拟合建模,并利用压电片逆迟滞补偿模型对控制电压进行补偿。通过悬臂梁振动主动控制试验系统研究PID控制器在有、无逆迟滞补偿时的控制效果。结果表明:经过PID逆迟滞补偿后的主动控制效果比传统PID提高10.083%。因此,该逆迟滞补偿方法能够有效增强压电陶瓷片的主动控制效果,对于压电悬臂梁振动主动控制具有重要参考价值。     

压电驱动器的非对称迟滞模型

为了补偿压电驱动器的非对称迟滞,提出了改进型Maxwell迟滞模型.Goldfarb提出的经典Maxwell迟滞模型由多个基础单元并联叠加而成,其基础单元为单个弹簧-物块单元,迟滞特性为平行四边形,故只能描述对称迟滞.为了能描述压电驱动器非对称迟滞,提出了基础单元迟滞特性为梯形的模型.为了简化算法程序,将梯形单元优化为两个三角形单元组合而成.为了验证该模型,以压电工作台为实验对象,运用该迟滞模型的逆模型进行迟滞补偿控制.单独的迟滞逆模型前馈开环控制实验结果表明,位移跟踪相对误差从7.37％降到了1.56％,输入输出基本呈线性关系.逆模型结合PID复合反馈闭环控制实验结果表明,位移跟踪相对误差进一步降低到0.53％,输入输出呈很好的线性关系.这表明本文所建立的迟滞模型能很好地描述压电驱动器非对称迟滞特性.     

基于压电陶瓷驱动的精密定位平台研究

设计了一种基于压电陶瓷驱动的整体式柔顺精密定位平台. 建立了柔性铰链的刚度矩阵,给出了平台的理论分析模型;利用模糊自整定 PID 控制算法对压电陶瓷驱动器进行了闭环控制,提高了驱动器的输出位移精度;提出了一种实验修正方法,提高了平台的定位精度. 实验结果表明,平台具有亚微米级的定位精度以及良好的动态特性.     

轻工业包装物品搬运机器人路径跟踪控制

目的 为了提高直角坐标搬运机器人的定位精度,保证机器人能够按照预定路径运动。方法 介绍直角坐标机器人工作原理,并基于模糊控制理论,提出一种基于模糊PID的直角坐标机器人轨迹跟踪控制算法,并将其应用于机器人运动轨迹跟踪控制中。结果 仿真和实验结果表明,基于模糊PID的机器人控制器能够保证机器人沿预定路径运动,机器人轨迹跟踪误差能够很快收敛于0附近,该轨迹跟踪方法具有较好的抗干扰性和鲁棒性。结论 所提方法能够明显提高直角坐标机器人的路径跟踪能力,对于提升机器人运动精度具有参考价值。     

基于双模糊PID的枕式包装机材料供送速度控制方法

目的 为提升材料供送速度控制的精准性和稳定性、缩短速度调整时间,研究基于双模糊PID的枕式包装机材料供送速度控制方法.方法 首先利用模糊化处理控制器内的速度输入信号,形成模糊语言集;然后利用加权平均判决法反模糊化处理模糊语言集,形成可识别数值;在此基础上,采用模糊控制自适应调整PID控制参数,结合模糊控制过程的适应性和PID控制的精准性,形成双模糊PID控制方法对可识别数值进行控制,从而提升材料供送速度控制过程的精准性和稳定性.结果 实验发现,该方法的平均速度控制偏差为1.17 mm,可有效实现对速度的精准控制,且环境噪声干扰对速度控制精度的影响较小.结论 在包装速度不同的情况下,控制调整时间较短且稳定性强.实验结果证明该方法具有较强的有效性.     

鲜切蔬菜包装过程袋膜纠偏控制系统设计

目的为了减小鲜切蔬菜包装机袋膜跑偏对产品外观和质量造成的影响,方法提出一种基于模糊控制的智能纠偏控制方案。在分析包装薄膜跑偏原因的基础上,论述纠偏系统的工作原理。采用机器视觉获取包装薄膜的实际位置,并计算跑偏量。结合模糊控制和灰色预测设计一种模糊控制器,包括包装膜位置灰色预测模型和模糊加权PID控制。最后进行试验研究。结果试验结果表明,所述纠偏控制系统可将纠偏误差控制在±0.5 mm内,实际偏移量最大值仅为0.4 mm,平均误差只有0.19 mm。结论该控制系统可以有效地提高系统纠偏精度,能较好地满足鲜切蔬菜包装工艺要求。     

Robust adaptive numerical compensation for friction and forceripple in permanent-magnet linear motors

This paper describes a robust adaptive compensation method for friction and force ripple present in the dynamics of permanent-magnet linear motors. The method is used in ultraprecise positioning applications. The compensation algorithm consists of a PID component and an adaptive component for estimating friction and force ripple. The adaptive component is continuously refined on the basis of just prevailing input and output signals. Computer simulations and real-time experimental results verify the effectiveness of the proposed scheme for high-precision motion trajectory tracking     

瓦楞纸箱印刷多轴控制方法设计

目的为提高瓦楞纸箱印刷过程多轴同步控制精度,采用偏差耦合控制设计一种多轴同步控制算法。方法在介绍瓦楞纸印刷机结构的基础上,以印刷模块多电机控制为研究对象,基于偏差耦合控制阐述多轴位置控制问题。为减小同步误差,设计一种变论域模糊控制算法。在传统模糊控制的基础上,引入伸缩因子以实现模糊控制输入和输出的动态调节。集合ARM和FPGA设计多轴同步控制器。最后,进行实验研究。结果电机同步误差会在1 s内趋于0,同步性能比较理想;变论域模糊控制可将最大同步位置误差控制在2 rad/s内;各色套印的准确度较高,并没有出现错印等情况。结论所述瓦楞纸箱多轴控制方法响应速度较快、运行稳定,可以完全满足瓦楞纸箱印刷要求。     

基于模糊神经网络PID的卷材纠偏控制

目的为了提高卷材边缘的整齐度,提升包装产品质量,降低包装材料损耗。方法分析卷材放卷过程中跑偏的原因,在分析放卷纠偏系统数学模型的基础上,提出一种模糊神经网络PID的纠偏控制器以实现复杂的卷材放卷系统参数自调整以及优化。结果仿真和实验结果表明,模糊神经网络PID具有更快的响应速度,超调量更小,纠偏控制精度达到±0.5 mm。结论所述控制方法能够明显降低软性包装材料跑偏误差,大大提高了产品包装质量。     

Trajectory tracking of piezoelectric positioning stages using a dynamic sliding-mode control

Trajectory tracking performance of a piezoelectric positioning stage almost depends on whether the tracking controller can effectively compensate the inherent hysteresis phenomenon. In this paper, a dynamic sliding-mode control (DSMC) with backstepping is proposed for the trajectory tracking of the piezoelectric positioning stage, which is suitable for a component of scanning microscopes. An equivalent model developed from a linear motion dynamics with addition of the hysteresis nonlinearity and strain-dependent function first is proposed to approximately represent the dynamics of motion of a one-dimensional piezoelectric positioning stage. Then, based on the equivalent model, the DSMC with an asymptotical sliding surface is proposed for the trajectory tracking control of the piezoelectric positioning stage. Moreover, the analysis of stability can be completed by mathematics, and the convergence rate of the tracking error can be governed by the choice of the control parameter values. Using the DSMC to trajectory tracking control, the piezoelectric positioning stage becomes more suitable for practical applications, especially with the need of various trajectories tracking in microscopy. To validate the proposed control scheme, a computer-based controller and a piezoelectric positioning stage with a capacitive displacement sensor are implemented. Experimental results illustrate the feasibility of the proposed controller for trajectory tracking applications.     

一种非线性干体炉的设计

针对传统PID控制干体炉非线性、时变、纯滞后、抗干扰差的特点,提出一种模糊PID控制方法设计干体炉温度控制系统。首先分析建立了干体炉控制系统模型,其次设计了PID模糊控制器,最后进行了实验验证。实验表明,PID模糊控制方法具有结构简单、逼近速度快、控温效果好等特点。     

压电式二维微动工作台的迟滞补偿与解耦控制

为了提高压电式二维微动工作台的定位精度,基于改进的Prandtl-Ishlinskii模型设计了前馈与解耦控制器,并结合反馈控制器开发了复合控制系统.在分析x与y方向电压与位移之间迟滞关系的基础上,前馈控制器通过改进的Prandtl-Ishlinskii模型描述迟滞的逆过程,分别补偿了x与y方向的迟滞.解耦控制器通过改进型Prandtl-Ishlinskii模型估算耦合位移值,修正驱动电压,抵消耦合效应引起的位移.复合控制系统结合了前馈与解耦控制器,并加入PID反馈控制进一步提高定位精度.实验结果表明:控制前,x方向与y方向定位误差的最大绝对值分别是4.16μm和4.18μm,而采用复合控制后定位误差的最大绝对值降为0.06μm和0.07μm.这种复合控制方法能够补偿压电式微动工作台的迟滞非线性,无需改变结构或更换零件就能减小耦合效应,有效地提高微动工作台定位精度.     

面向微装配的压电陶瓷微夹钳建模与控制

建立了悬臂梁位移与外电场和外力之间的动静态模型以及压电陶瓷迟滞环的Backlash算子模型.以所建立的迟滞模型为前馈环节与PID反馈构成复合控制对悬臂梁进行位置控制.现场测试数据验证了该模型的正确性和复合控制方法的可行性,并分别用逆控制、PID控制以及复合控制方法进行了正弦曲线跟踪实验,这些控制方法的比较结果表明,复合控制策略具有最高的控制精度.     

百叶片定长切料-自动排片控制系统研究

针对传统百叶片手工生产过程中存在的作业效率低、成本高、产品质量不稳定等缺陷以及高自动化、高加工精度的加工需求,研发了一套百叶片定长切料-自动排片控制系统。首先,根据百叶片定长切料-自动排片系统的工作原理和功能要求,以ARM+DSP为核心对其硬件和软件进行模块化设计;其次,为提高送料机构的控制精度,以送料机构的位置偏差及偏差变化率为模糊输入,PID （proportion integration differentiation,比例积分微分）参数的修正量为模糊输出,设计了模糊增益自调整PID控制器,实现定长切料的高精度控制。最后,通过实验验证了该系统的有效性。系统已投入实际生产应用,运行结果表明：百叶片定长切料-自动排片系统性能稳定,运行周期为4 s,切片精度小于0.2 mm;采用模糊增益自调整PID控制器可明显提高送料系统的动态响应性能及定长切料的精度,提高百叶片的加工质量和生产效率,满足企业生产要求,对百叶片成型机控制系统的研发具有指导意义。     

基于模糊神经网络的包装机械臂定位方法研究

目的 为提高包装机械臂的抓取精度,文中基于模糊神经网络设计一种包装机械臂定位方法。方法 将激光测距仪与工业相机融合,可实现目标点的初步定位并得到位姿偏差。以机械臂末端位置误差补偿为例,设计一种模糊神经网络控制器,可实现PID控制关键参数的在线调整以提高误差补偿精度。进一步地,采用果蝇优化算法实现神经网络控制器初始值的优化,可提高控制系统性能。最后,进行实验研究。结果 实验结果表明,机械臂定位算法可使最大绝对误差从7.704 9 mm下降到1.424 2 mm;平均绝对定位误差降低约82.5%;机械臂执行效率与对照组相当。结论 该定位方法可以大幅度提高包装机械臂定位精度,可满足包装、化工、食品等相关行业要求。     

基于模糊树的Hammerstein-like模型对超磁致伸缩作动器的建模与控制

基于模糊树提出一种带有动态非线性环节的Hammerstein-like建模方法以描述超磁致伸缩作动器的率相关迟滞非线性特性。所提方法能在一定频率范围内建立一个统一模型,使之不仅能较好地描述单一频率输入信号下的迟滞环,也能较好地描述复合频率输入信号下的迟滞环。同时,基于所提Hammerstein-like模型,设计前馈逆补偿+PID反馈控制策略,实现参考输入信号的跟踪实验,实验结果表明,该控制策略能较好地跟踪频率范围为1的参考输入信号,跟踪精度令人满意,满足工程要求。     

大惯量专用转台高精度控制研究

针对大惯量专用转台运行过程中存在的系统响应时间长、易产生振荡以及末端位置定位误差较大的问题，提出了一种基于全闭环+模糊自适应PID （proportion integral differential，比例积分微分）的精度控制方法。在大惯量专用转台执行机构处加入多圈绝对式编码器，以实现控制系统的全闭环；利用模糊自适应PID控制实现不同负载下高精度控制系统的快速调节。为更加深入研究大惯量对专用转台控制系统的影响，对转台进行了系统建模；同时在MATLAB仿真环境中分别建立了基于模糊自适应PID控制和普通PID控制的转台控制系统仿真模型，并搭建了转台测试平台进行验证实验。对比不同控制方式下系统控制性能的仿真结果可知：普通PID控制系统响应时间长，系统跟随误差大；而使用模糊自适应PID控制可使系统的响应速度提高75%，跟随误差降低降低70%。由实验结果可知专用转台定位精度为[-0.2°,0.2°]，满足了设计精度要求。仿真和实验结果表明利用模糊自适应PID控制可有效提高系统的响应速度，全闭环控制可使系统的定位精度得到有效提高。研究结果为转台控制系统的设计提供了有效的参考数据，促进了大惯量转台的高精度化发展。     

叶片精密抛光伺服系统的干扰观测补偿控制

叶片型面尺寸精度及表面质量的提高对数控抛光伺服系统性能提出了更高的要求.针对非线性摩擦和被控对象参数摄动对数控抛光伺服系统定位精度和跟踪精度的影响,提出了一种基于干扰观测器的粒子群优化模糊PID(PFPID)控制方法.该方法通过构造干扰观测器来预测伺服系统中的非线性摩擦和参数摄动等各种干扰,并在控制中引入等效的补偿来抑制干扰,同时利用粒子群优化算法对模糊控制器的量化因子和比例因子进行在线调整,进而利用模糊控制器对PID控制参数进行自适应整定.仿真分析和实验结果表明,基于干扰观测器的PFPID控制器具有控制精度高、鲁棒性强、抑制干扰能力强等优点,其能够提高叶片型面尺寸精度和表面一致性,降低表面粗糙度,减小残余应力并提高抛光效率.     

陶瓷浆料3D打印机挤压力模糊神经网络PID稳定控制研究

针对在微流挤出陶瓷浆料3D打印机作业过程中挤压力稳定控制的需求,根据打印机挤压力控制系统非线性、时变性的特点,总结了现有挤压力稳定控制策略的优缺点,并在模糊PID (proportion-integral-derivative,比例-积分-微分)控制器中嵌入神经网络结构,提出了挤压力模糊神经网络PID稳定控制策略。该策略基于六层模糊神经网络,以挤压力偏差值e和偏差值变化率ec为输入,PID控制器控制参数为输出,完成正向模糊控制过程,并基于神经网络的自学习优势实现反向传播及在线更新神经网络权值,以实现打印过程中挤压力的精准自适应调节。挤压力控制Simulink仿真、挤压力控制实验及坯体打印实验表明：相较于传统PID控制策略,采用模糊神经网络PID控制策略可使超调量减小20.9%,挤压力提前90 s达到稳定状态,压力峰值减小12 N,压力谷值增大18 N;相较于采用模糊PID控制策略,超调量减小1.73%,挤压力提前56 s达到稳定状态,压力峰值减小4 N,压力谷值增大8 N;模糊神经网络PID控制策略具有一定的优越性,可使打印过程中挤压力的控制精度更高,稳定速度更快,超调量更小,所打印坯...