超磁致伸缩致动器的输出位移与其控制研究

根据自动控制原理，结合磁致伸缩致动器的结构建立了致动器传递函数模型，在此基础上设计了以TMS320C31为核心的致动器位移闭环控制系统。该控制系统主要由硬件和软件两部分组成。进行了致动器位移控制系统的开环实验和闭环实验，实验结果表明，该系统稳定性可靠、精度高，为致动器在实际精密位移控制中的应用打下了基础。     

超磁致伸缩致动器的广义最小方差-模糊PID控制方法

为了克服超磁致伸缩致动器用于精密驱动定位时磁滞现象所带来的影响,在进行磁滞补偿的前提下,研究了自校正PID控制原理,建立了基于广义最小方差原理(GMV)及模糊(Fuzzy)规则的广义最小方差-模糊PID(GMV-Fuzzy PID)控制方法.介绍了广义最小方差原理的主要思想,并由此推导出PID参数与被控对象参数的关系.在上述关系的基础上,建立了以误差与误差变化量为输入,待定参数k为输出的模糊规则.最后,根据在线估计的被控对象参数及GMV-Fuzzy PID的输出,在线调整PID参数,实现磁滞补偿后对致动器的控制.实验结果表明:采用GMV-Fuzzy PID控制器,每次运算时间比采用Fuzzy PID控制器缩短了0.015 4 s,跟踪误差均方差相差0.036μm.该方法能有效消除被控对象由于扰动带来的影响并缩短运算时间,在一些实时性及控制精度要求较高的精密加工场合,有良好的应用价值.     

超磁致伸缩致动器的广义最小方差-模糊PID控制方法研究

摘要：目的：为了克服超磁致伸缩致动器用于精密驱动定位时,磁滞现象带来的影响,在进行磁滞补偿的前提下,研究了自校正PID控制的方法,建立了基于广义最小方差原理（GMV）及模糊（Fuzzy）规则的广义最小方差-模糊PID（GMV-Fuzzy PID）控制方法。方法：首先,介绍了广义最小方差原理的主要思想,并由此推导出PID参数与被控对象参数的关系。接着,在上述关系的基础上,建立了以误差与误差变化量为输入,待定参数k为输出的模糊规则。最后根据在线估计的被控对象参数及GMV-Fuzzy PID的输出,在线调整PID参数,实现在磁滞补偿后对致动器的控制。结果：实验结果表明：采用GMV-Fuzzy PID控制器,每次运算时间比Fuzzy PID控制器缩短了0.0154s,跟踪误差均方差相差0.036μm。结论：能有效消除被控对象由于扰动带来的影响并缩短运算时间,在保证精度的前提下,提高实时性。     

超磁致伸缩微致动器车削系统建模与控制

综合考虑温度、预应力及碟簧非线性的影响,建立超磁致伸缩微致动器(giant magnetostri ctive micro actuator,简称GMA)车削加工系统非线性动力学微分方程。根据精确反馈线性化的滑模变结构控制方法设计控制器,采用双曲正切函数代替符号函数,并引进边界层,减少了系统的抖振,增加控制器的连续性。最后通过试验,验证了该控制方法的有效性,当系统存在外界干扰或是参数摄动时,该文设计的控制方法都能取得较好的控制效果,稳态误差达到纳米级。     

用于超精密隔振的稀土超磁致伸缩致动器设计

介绍了超精密隔振平台的结构和振动控制原理 ,设计了稀土超磁致伸缩致动器作为驱动装置 ,并阐明致动器的结构和工作原理 ;分析了致动器工作磁场的组成及线圈轴向磁场的分布情况 ;研究了致动器振动控制的频率特性。实验表明所设计的稀土超磁致伸缩致动器具有良好的振动控制效果。     

超磁致伸缩致动器优化设计与特性测试

设计了超磁致伸缩致动器(GMA),对线圈尺寸及绕线进行了优化设计,并测试了超磁致伸缩致动器的静、动态特性。在分析超磁致伸缩材料特性的基础上设计了GMA基本结构,并确定了偏置磁场的加载方式。研究了线圈尺寸参数对线圈轴线上磁场分布和线圈的电-磁转换效率两方面的影响,优化设计了线圈的尺寸;提出了线圈功耗表达式并分析了绕线直径对功耗的影响,择优选取了绕线。实验表明GMA具有较好的静态、动态特性,且GMA工作特性与设计参数相吻合,证明了线圈优化设计的合理性。     

超磁致伸缩致动器的新型磁路设计与分析

本文提出了超磁伸缩致动器(GMA)的新型磁路结构,从而对GMA中存在的温升问题提出了解决方案。对现有GMA及其磁路进行了分析,在此基础上提出新型磁路结构。此磁路由环形超磁致伸缩材料(GMM)及导磁材料构成。新型GMA结构中线圈所产生的功耗要远低于现有GMA,并且环状GMM可以有效地将线圈和GMM隔离,从而降低了由于温升过大导致GMM棒热变形的影响。     

超精密机床磁致伸缩作动器隔振系统

针对超精密机床系统振动的非定值性,提出了磁致伸缩作动器隔振方案,并运用人工神经网络生成查询表,对隔振系统进行控制。仿真与实验研究结果证明了该方案的正确性。     

超磁致伸缩致动器抑制车削加工颤振实验研究

切削颤振会降低加工质量与切削效率,降低刀具、机床的使用寿命,超磁致伸缩致动器是利用稀土-铁超磁致伸缩材料Terfenol-D在外加磁场作用下发生形变这一特性,实现电磁能向机械能转换的一种新型转换器。笔者建立以超磁致伸缩致动器为执行元件的微位移刀架切削系统,通过给微位移刀架加振动切削信号,实验研究抑制切削颤振。     

超磁致伸缩致动器的广义预测-多模PID控制

为了克服超磁致伸缩致动器的磁滞现象对精密驱动定位精度的影响,在进行磁滞补偿的前提下,研究了自校正PID控制方法,提出了基于广义预测控制的广义预测-多模PID控制方法。介绍了广义预测控制的主要思想,并由此导出PID参数与被控对象待估参数的关系,实现了广义预测PID控制;针对起动阶段控制效果不平稳的问题,提出了多模PID控制模式转换条件;最后,根据PID参数变化情况,建立致动器的多模PID控制方法,实现广义预测PID与常规PID的在线控制模式转换与控制。实验结果表明,采用广义预测-多模PID控制器,虽然单次平均运算时间比广义最小方差-模糊PID控制器长7ms,但跟踪误差均方差减少了0.066μm;同时改善了起动平稳性。提出的控制方法能有效消除由扰动带来的影响,提高跟踪精度,改善起动平稳性,适用于对实时性、控制精度要求较高的精密定位领域。     

干式离合器台架执行机构模糊滑模控制

基于五速干式DCT,搭建了干式离合器台架执行机构,考虑其非线性时变特征,设计了滑模变结构控制器,并利用模糊控制器实时补偿负载转矩同时调整滑模趋近律参数,以提高控制精度同时削弱滑模变结构控制稳态的抖振现象。结合双离合器式自动变速器(DCT)的起步与换挡过程,进行了硬件在环仿真试验。     

永磁同步电机的模糊滑模控制

为了实现高性能永磁同步电动机伺服系统快速而精确的位置跟踪控制,在滑模控制策略中引入模糊控制算法,设计了基于模糊规则的滑模控制器;并通过理论分析和控制仿真,证实了模糊滑模控制很好地解决了抖振问题,对参数变化和负载扰动具有很好的鲁棒性,永磁同步电机可获得很好的位置跟踪效果。     

电磁驱动配气机构的反演滑模控制

为了满足电磁气门的应用要求,在分析自行研制的电磁驱动配气机构结构特点和建立其数学模型的基础上,提出了一种电磁驱动配气机构新型控制方法,该控制方法是基于反演法思想,将自适应控制与滑模控制优点相结合的复合型控制方法。仿真结果表明,该控制方法可以精确控制气门运动,对系统参数变化和外部干扰均具有良好的鲁棒性能。为了验证该控制方法的有效性,建立实验平台进行了实验。当设定气门升程为8 mm, 理想气门过渡时间为4.8 ms时,实验结果与仿真结果相近。由实验结果可知,气门过渡时间为3.3 ms,落座速度为0.055 m/s。     

空间机器人执行器部分失效故障的终端滑模容错控制

针对空间机器人在太空作业时执行器发生部分失效故障的问题,设计了一种基于非奇异终端滑模的分散容错控制方法。根据线动量守恒定律与拉格朗日法建立了系统的动力学方程,然后基于载体和关节的局部信息将系统进行分散,从而得到子系统的动力学方程;将子系统动力学方程中表示执行器故障程度的有效因子进行变量分离,再利用自适应分散神经网络对分离后的变量进行实时估计,根据估计结果在线设计控制律以消除执行器故障对系统稳定性的影响,保证良好的轨迹跟踪性能。通过Lyapunov函数法证明了该控制方案能保证整个闭环系统的渐进稳定性。仿真结果验证了控制方法的有效性。     

用于柔性机械手的形状记忆合金驱动器滑模控制研究

提出了一种新型结构形式的形状记忆合金驱动器——内嵌式形状记忆合金驱动器。该驱动器将U形回复形状记忆合金丝嵌入弹性硅胶棒内，通过温控方式实现驱动器的往复可逆弯曲运动，对外稳定输出力和位移。研究了驱动器运行机理，探讨了基于形状记忆合金电阻反馈的变结构滑模控制策略，进行了仿真和实验研究。     

混合输入机构的模糊自适应变结构控制

针对混合输入机构中常速电机可不可控的特点,提出了基于常速电机位置跟踪的控制策略来对伺服电机进行控制,对常速电机的速度波动进行补偿,并给出了控制框图。因为系统的精确动力学模型难以获得,故考虑系统参数的不确定、外部扰动和非线性摩擦,设计了模糊自适应滑模变结构控制器以实现混合输入机构的轨迹跟踪。应用模糊自适应推理逼近系统的不确定之和,从而得到连续的控制增益,消除了变结构控制的抖振。     

滑模模糊控制算法在液压机器人控制中的应用

Pb-211液压机器人腰部是一个非线性液压伺服控制系统，常规PID控制算法很难在不出现超调情况下满足控制系统快速性的要求。针对这种情况以及液压系统参数时变等特点，在常规滑模控制算法的基础上，引入模糊控制技术，采用滑模模糊控制策略进行控制器设计。仿真结果表明，滑模模糊控制算法能够在不出现超调情况下显著提高系统的响应速度，满足系统响应速度和控制精度的要求，而且对正弦干扰具有较强的鲁棒性。     

模糊分数阶滑模控制的BLDCM控制系统

针对整数阶滑模控制在无刷直流电机系统中容易引起的抖振现象,以及无刷直流电机系统的非线性、实时性,设计一种模糊分数阶滑模控制器。在整数阶滑模控制器的基础上,在滑模切换函数中加入分数阶微积分算子,结合系统二阶状态方程和指数趋近律,设计了分数阶滑模控制器,并且通过Lyapunov稳定性原理和分数阶微积分理论证明了系统的稳定性。仿真及试验的结果表明,对比传统的整数阶滑模控制,所提方法可以有效减弱无刷直流电机系统的抖振,具有更好的动静态控制性能。     

挖掘机的4自由度自适应模糊滑模控制

为实现挖掘机回转和工作装置的轨迹跟踪控制,建立挖掘机回转和工作装置的4自由度运动学和拉格朗日动力学方程.挖掘机工作装置具有明显的非线性和不确定性特征,并存在外部干扰,所以将滑模变结构理论用于其控制系统.针对滑模控制的抖振可能激活高频动态和破坏控制器部件的缺点,设计自适应模糊滑模控制器.控制规则包括3部分:等效控制、调整控制和切换控制.利用自适应模糊系统输出动态调节切换增益以逼近系统不确定性的上界,将滑模控制的切换项转化为连续的模糊输出,削弱了滑模控制的抖振现象,并且有较强的自适应跟踪能力.针对一个完整的挖掘卸料过程,将所设计的控制器用于仿真试验,给出自适应模糊滑模控制的跟踪性能及控制输入的效果.     

Fuzzy Sliding Mode Control for a Discrete Servo System

A discrete fuzzy sliding mode variable structure controller was studied and designed for a class of electro-hydraulic servo system by means of the combination of sliding mode control theory and fuzzy control theory.Designed based on the exponential reaching law,parameter ε of conventional sliding mode controller is the key factor of system chattering,and is proportional to it as well.In view of this,fuzzy control theory was introduced into the design to ensure the real-time adjusting of parameter ε.Simulation results show that the system chattering is eliminated perfectly,and the dynamic performance of the control system is improved effectively.