DGCMG框架伺服系统摩擦力矩建模及辨识

为了减小强陀螺效应条件下双框架控制力矩陀螺（double gimbal control moment gyroscope,简称DGCMG）框架伺服系统的非线性摩擦力矩对框架伺服系统控制精度的影响,提出了一种对DGCMG框架伺服系统非线性摩擦力矩精确建模和辨识的方法。分析了DGCMG框架伺服系统的动力学方程,在研究内、外框架摩擦力矩随内外框架角速度和陀螺力矩变化规律的基础上,建立了内、外框架摩擦力矩精确的数学模型,并用控制力矩陀螺的实际参数和实验采集数据对摩擦力矩模型参数进行了遗忘因子递推最小二乘法辨识。实验结果验证了所建模型的正确性和辨识结果的准确性,有助于补偿DGCMG框架伺服系统的非线性摩擦力矩,提高框架伺服系统的控制精度。     

双框架控制力矩陀螺框架系统的扰动观测及抑制

内外框架间的耦合力矩、非线性摩擦和未建模动态是影响双框架控制力矩陀螺框架系统高精度角速率伺服控制的主要因素。为提高框架系统的干扰抑制能力,保证框架系统输出角速率精度,本文提出了一种基于非线性级联扩张状态观测器和滑模控制的复合扰动抑制方法。框架系统中的所有干扰都被认为是集总干扰并由设计的NCESO估计,通过滑模控制可从系统输出通道中消除集总干扰的影响。最后,将本文提出的控制方法与线性级联扩张状态观测器和状态反馈结合的复合控制方法进行了对比仿真实验。仿真和实验结果表明,本文提出的方法具有更好的干扰抑制和动态响应性能,内框架角速度波动从0.5(°)/s减小到0.2(°)/s,外框架角速度波动从0.45(°)/s减小到0.15(°)/s;跟踪正弦参考信号时,速度跟踪误差从1.8(°)/s减小到1.2(°)/s,相位滞后从8°减小到1.3°。     

双框架磁悬浮控制力矩陀螺动框架效应补偿方法

双框架磁悬浮控制力矩陀螺(Double gimbal magnetically suspended control moment gyroscope,DGMSCMG)是由磁悬浮高速转子系统与内框架、外框架速率伺服系统构成的航天器新型姿控执行机构。由于非线性及三个子系统间的强耦合,框架转动时磁悬浮转子位移急剧增大影响稳定性,同时框架系统的响应速度显著下降,称之为动框架效应。该效应严重影响了DGMSCMG的功能,必须加以抑制。建立DGMSCMG的动力学模型,分析三个子系统间的动力学耦合机理,提出一种基于复合控制的补偿方法,引入针对陀螺项的反馈和针对框架角速率给定的前馈消除磁悬浮转子附加位移,提高框架系统响应速度,并对补偿后系统做全局稳定性分析。仿真和试验结果表明,该方法能在保证系统稳定性的前提下有效抑制动框架效应,满足DGMSCMG的功能要求。     

双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承负载力矩复合补偿的控制

提出一种基于角速率前馈与力矩观测相结合的磁轴承负载力矩复合补偿控制方法来提高双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子的悬浮精度。建立了双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子动力学模型,分析了内外框架转动情况下的磁轴承负载力矩。分别基于框架角速率前馈和力矩观测设计了磁轴承负载力矩复合补偿控制方法,分析了补偿后系统的稳定性。最后,利用实验室研制的样机搭建试验平台对本文所提出的方法进行了实验验证。结果表明:在框架以角加速度120(°)/s2启动至10(°)/s时,该方法使转子Ax端位移跳动量减小为未补偿前的44.8%;内外框架以幅值频率10Hz正弦激励时,转子Ax、By端的位移跳动量分别减小为未补偿前的23.4%和35.5%。结果显示提出的方法有效地提高了磁悬浮转子在负载力矩扰动下的悬浮精度。     

ESO增强四轴平台伺服系统抗扰能力的研究

四轴陀螺稳定平台在动基座上工作时,具有不可预知快变参考角度输入及动态干扰力矩的作用,严重影响系统控制精度。由此,在稳定回路中引入扩张状态观测器,以角位置跟踪误差作为观测输入,实时观测参考输入角加速度及干扰力矩并实施前馈补偿;同时在观测器输入端引入低通滤波环节,兼顾饱和等非线性环节作用下的系统稳定性。仿真及试验结果表明:采用以上方案可在不可预知快变角度输入、干扰力矩等因素的共同作用下,更好地实现平台的惯性空间稳定,且系统实现简单,对解决机电控制系统的类似问题具有借鉴作用。     

伺服系统控制方法研究

讨论了各种速度伺服系统和位置伺服系统中控制对象的特性并研究了伺服系统的几种控制方法。     

双框架磁悬浮控制力矩陀螺框架系统的扰动抑制

内外框架之间的耦合力矩和谐波减速器的非线性传输力矩是影响双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)框架系统精确角速度控制的主要因素,为了解决以上干扰问题,实现框架系统高精度角速率伺服控制提出了一种基于扰动观测器和自适应反步的框架系统复合解耦控制方法。通过扰动观测器来估计框架系统中的扰动,并结合自适应反步法获得控制律,其间将扰动估计误差当作未知参数设计了其自适应律,对扰动的两次处理使得框架系统干扰估计更加精确,同时可以保证估计参数的收敛性和整个框架系统的稳定性。仿真和实验结果表明,采用此复合控制方法,DGMSCMG框架系统扰动估计误差不超过框架系统实际扰动的3%,实际框架角速率跟踪参考指令角速率的精度达到99.2%。此复合解耦控制方法可以满足DGMSCMG框架系统抗干扰能力强、高精度角速率伺服控制的要求。     

前馈补偿复合控制在伺服系统中的应用研究

提出利用前馈-反馈控制方法进行扰动补偿，用MATLAB仿真分析说明了该方法在改善伺服系统的动态性能方面具有良好的跟踪性能。     

机械臂电液伺服系统双闭环稳定性控制方法研究

机械臂电液伺服系统是一种可控大功率输出、响应速度快的机电液控制系统,针对工业机械臂大功率高负载工况下机械臂电液伺服系统稳定性下降的问题,在机械臂电液伺服系统结构基础上,构建了电液伺服系统的扩张状态观测器,利用窗口平移检测稳定性分析方法分析其稳定性,采用数模结合的双闭环控制方法,通过内环模拟流量控制、外环数字速度控制来提升电液伺服系统的稳定性,最后在机械臂电液伺服系统实验平台对控制方法进行验证,通过分析实验数据,验证了所设计的双闭环稳定性控制方法能够快速提高电液伺服系统的稳定性和响应速度。     

基于干扰观测和前馈补偿的电动加载复合控制

对于含有舵机位置扰动、模型参数摄动和传感器噪声等多余力的电动加载系统,仅采用传统的速度前馈补偿很难对系统多余力矩进行完全抑制。在传统速度前馈补偿的基础上针对系统扰动问题引入了扰动观测器,并利用改进的干扰观测器对高频噪声进行抑制。再通过微分负反馈阻尼补偿增强控制回路稳定性,利用重复PID控制器进行负反馈控制来改善系统的动态性能。仿真结果表明,该复合控制策略能够在很大程度上提高系统对多余力矩的抑制能力,并改善系统的加载精度。     

交流伺服进给系统滑模变结构扰动观测补偿控制

介绍了用于交流伺服进给系统的滑模变结构扰动观测补偿器,解决了当存在解决耦误差和负载扰动时,普通伺服控制算法难以同时抑制负载扰动和高阶把动的问题。分析了电机转矩信号扰动观测补偿器的建模和设计过程,讨论了交流同步电机伺服进给系统的计算机仿真研究结果。     

基于自抗扰控制的转台伺服系统摩擦非线性补偿仿真研究

为克服非线性摩擦在转台伺服系统低速运行时对控制性能的影响,设计一种线性自抗扰控制器.该控制器采用线性扩张状态观测器及线性反馈,将摩擦作为系统总扰动进行实时估计,并加以补偿.基于Lugre摩擦模型建立转台伺服系统的数学模型,对这种线性自抗扰控制器进行仿真实验.结果表明,和传统PID控制器相比,所设计的控制器对非线性摩擦有良好的抑制作用,同时具有响应速度快、稳态误差小,抗扰能力强的特点.     

电液力伺服系统自适应抗扰控制研究

考虑到电液伺服系统中存有各种非线性因素、不确定干扰以及参数时变,为了提高干扰下电液力伺服系统的控制精度,以电液伺服振动实验台作为控制对象,构建其非线性模型,同时使用参数自适应率对不定参数进行补偿,并在反演控制器中引入滑模控制以降低系统的干扰敏感性,利用Lyapunov理论保证闭环系统的全局稳定。对设计的控制器进行实验,模拟在有未知外部位置干扰下的力控制,提升系统的稳定性。实验结果证明,此控制方法能够有效地提升电液力伺服系统的抗干扰跟踪性能。     

基于干扰观测器的位置伺服系统复合控制

减摇水舱实验台架的作用是验证减摇水舱的特性,是典型的液压位置伺服系统。为了满足实验要求,需要能够跟踪动态输入信号,正弦和随机激励信号。为了补偿减摇水舱内流体晃荡所产生的干扰力矩,提高控制精度,针对系统建模时参数的不确定,提出了一种鲁棒性补偿的干扰观测器和速度前馈相结合的复合控制方法。该算法提高了系统控制精度,实现了对干扰的估计和补偿,拓展了系统的带宽。仿真结果证明了所提出算法的有效性。     

机带海水冷却电液伺服系统反步抗扰控制研究

针对船舶传动装置机带海水冷却系统的电液伺服系统,通过详细建立阀控液压马达系统的数学模型,提出反步抗扰控制策略。该方法利用反步设计方法将系统分为3个子系统,分别设计相应的控制率;考虑系统中的非匹配干扰和匹配干扰,结合不确定性和干扰估计器以及观测器设计方法,提出一种状态和干扰估计器,估计系统状态、非匹配干扰和匹配干扰,并将估计值带入反步法设计的控制率,获得最终的反步抗扰控制率。分析状态和干扰估计器的稳定性,证明闭环系统跟踪误差最终一致有界。采用PID控制和反步控制作为对比,仿真验证反步抗扰控制的跟踪性能。结果表明:所提出的反步抗扰控制方法具有较强的抗扰鲁棒性,能够有效补偿干扰,进而获得快速准确的跟踪效果。     

基于RBFMCN网络的电液速度伺服系统的动态补偿控制算法

基于一种改进的径向基函数网络,提出一种电液伺服系统自学习动态补偿控制算法。控制器包括1个神经网络动态补偿控制器和1个神经网络自学习控制器。算法用于承受交变负载变化的阀控缸电液速度伺服系统的动态补偿控制,取得了令人满意的仿真及实验结果。     

电液伺服系统在非线性干扰下的神经网络控制

液压伺服系统除了非线性动力学特性外 ,还包含有不确定参数和不确定的非线性干扰。为解决这一类非系统系统的控制问题 ,提出了PID 复合正交神经网络 (CONN)的并行控制法 ,并对带有非线性干扰的电液位置控制伺服系统作了仿真研究。仿真结果表明 ,CONN实现的前馈控制对给定位置的跟踪具有良好的动态特性 ,对系统的非线性干扰具有较强的鲁棒性。该方法简单、方便 ,具有实际应用价值     

电液伺服闭式泵控系统位置前馈补偿控制研究

以电液伺服闭式泵控系统为研究对象,提高其位置控制精度及响应速度为目标,提出电液伺服闭式泵控系统位置前馈补偿控制算法。首先,对电液伺服闭式泵控系统数学模型进行推导,得出位置控制系统传递函数;其次,推导位置控制前馈补偿控制器,该控制器可依据系统运动轨迹变化实时补偿定量泵转速,实现系统高精度位置输出;最后,在电液伺服闭式泵控实验平台上,对系统的位置控制性能进行试验研究并给出定量分析。实验结果表明：前馈补偿控制器可大幅提高系统位置控制性能。研究成果将为电液伺服闭式泵控系统高精度位置控制奠定基础,对泵控技术的工程推广具有积极的意义。     

基于灰色关联补偿控制的气动位置伺服控制系统

针对现有高精度气动位置伺服控制算法复杂、难于工程实现的问题,以灰色关联分析理论为基础,提出基于传统控制算法的灰色关联补偿控制新方法。该方法将灰色关联控制与传统控制相结合,在传统控制回路中增加灰色关联补偿控制器。该补偿控制器根据控制系统实际输出与期望输出数据序列之间的几何形状相似性和距离,计算两者之间的加权灰色关联度,设计灰色关联补偿控制律,对传统控制器的控制输出进行动态补偿。以DGPL型无杆气缸为控制对象,进行气动位置伺服控制的仿真与试验研究,对比灰色关联补偿控制方法与传统控制方法(比例积分微分(Proportional-integral-differential,PID)控制、模糊控制)的控制精度。仿真与试验结果表明,在相同的控制器参数下,灰色关联补偿控制的控制效果优于常规控制器的控制效果,补偿控制器参数经过适当调整,可以实现气动位置伺服系统的高精度控制。