PI自整定永磁伺服系统转动惯量的辨识研究

针对永磁同步电机伺服系统中转动惯量变化问题,设计了一种带PI参数自整定的永磁同步电机转动惯量辨识系统,并提出了一种基于电机机械方程的转动惯量辨识方法。在系统匀加速阶段以相同时间间隔的速度为参量,计算出电机匀加速阶段的加速度,利用加速度与转动惯量的关系,由机械方程解调出电机转动惯量。以转动惯量为基准,利用速度环带零点Ⅱ型系统对PI参数进行补偿,并将此方法与传统PI控制方法在同一环境中进行仿真实验。研究结果表明,带转动惯量辨识PI自整定控制器的系统与传统PI控制器系统相比,启动无超调,且速度误差率降低0.16%左右。该方法具有更好的动静态性能,能够广泛应用于高精密数控系统,为解决转动惯量变化问题提供依据。     

基于转动惯量的异步电机参数自整定系统研究

针对异步电机控制系统负载转动惯量变化对控制性能影响较大的问题,从异步电机数学模型出发,对异步电机系统转动惯量辨识和控制参数自整定进行了研究。通过合理的假设和简化,建立了双闭环级联结构速度环PI控制器参数与系统转动惯量的联系,提出一种基于转动惯量的参数自整定系统。利用Matlab/Simulink软件和d SPACE设备搭建半实物联合仿真平台,对电机系统负载转矩变化、转动惯量变化的动态稳态响应进行了测试。研究结果表明,该系统能够依据转动惯量辨识结果自动整定控制参数,拓宽参数选择范围,提高系统动态响应速度,抑制稳态波动,优化负载转动惯量频繁变化电机系统的控制性能。     

永磁同步电机控制器参数自整定研究

针对传统的伺服系统控制器容易陷入局部最优,无法满足性能的要求,研究了转速环控制系统参数自整定的方法,提高控制系统的控制性能。电流环按照工程设计方法进行整定,速度环利用模糊控制器实时整定PI控制器参数的模糊PI控制方法来进行整定。实验表明该方法能显著改善系统速度响应性能,实现了永磁同步电机控制器参数的自整定。     

EMA伺服系统速度环自校正控制设计

针对系统参数变化时伺服性能降低的情况,提出了一种通过辨识系统转动惯量实现速度环自校正控制的方法。根据波波夫超稳定理论设计离散系统模型,参考自适应算法递推得到系统转动惯量。建模分析速度环参数和转动惯量的关系,得到一种简单的控制器自校正规律,实现系统速度环的自校正控制。这种方法根据机械参数的变化校正控制器,提高了系统伺服性能。通过Matlab仿真验证了参数辨识方法和速度环自校正控制的可行性和有效性。     

直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制器设计

为了实现直线电机精密定位平台的位置和速度的轨迹跟踪控制,本文基于内模控制（IMC）的基本原理,在直线电机精密定位平台参数辨识的基础上,设计了定位平台速度环的模型状态反馈（MSF）控制器和基于位置环PID和速度环MSF的级联控制器。将PID/MSF级联控制器与速度/加速度前馈控制（VFC/AFC）相结合,构成了PID/MSF+VFC/AFC的复合轨迹跟踪控制器。该复合轨迹跟踪控制器通过整定速度前馈的增益来改善位置环偏差控制的跟踪滞后现象和动态响应,增加控制系统的稳定性和伺服精度;通过整定加速度前馈的增益在不减小级联控制器位置环增益的前提下,减小速度前馈带来的超调量,提高轨迹跟踪精度。基于MATLAB/dSPACE实时仿真控制平台,实现了某直线电机平台的轨迹跟踪控制。仿真和实验结果表明,该轨迹跟踪控制器的轨迹跟踪精度为±0.028 mm,定位精度为±4 μm,满足直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制的要求。     

基于机械臂位姿变换的柔性负载伺服驱动系统控制策略

伺服驱动系统的柔性负载端转动惯量等参数随柔性机械臂位姿变化而变化,进而影响伺服驱动系统电动机输出端转速。为降低电动机输出端速度波动,采用极点配置的方法设计伺服驱动系统转速环PI控制器参数,该参数的选择随柔性机械臂位姿变化而变化,从而使伺服驱动系统在不同位姿下获得良好的动态响应特性,避免机械谐振发生。首先根据连续体振动理论和拉格朗日原理建立了柔性负载伺服驱动系统动力学模型,并通过状态方程求得电动机转速到柔性负载驱动转矩的传递函数。将变参数PI控制策略应用于伺服驱动系统转速环控制中,分析了柔性负载对转速环的控制特性的影响,采用极点配置的方法设计控制器参数。接下来分别采用相同幅值、相同阻尼系数、相同实部3种极点配置策略设计控制器参数。讨论了这 3 种极点配置策略不同参数对系统谐振峰值、谐振频率和带宽的影响。最后通过数值仿真分析表明:伺服驱动系统等效柔性负载参数与机械臂的位姿有关;柔性负载回转半径、转动惯量较大的情况,不适宜使用相同实部的极点配置方法,但其余两种方法可通过适当选择参数使电动机输出转速波动程度减小。     

曲柄伺服压力机数字化仿真系统开发及应用

为了在减少人力物力的同时给设计和优化曲柄伺服压力机的机电一体化系统组成提供方案及可行性参考,采用Simulink语言开发了曲柄伺服压力机的数字化集成仿真系统,并基于该仿真系统进行了虚拟制造的应用分析。集成仿真系统由运动控制、大功率电驱动、机械传动机构三部分组成。运动控制部分设计了恒速、变速驱动的工作模式;电驱动部分引入基于电子飞轮的永磁交流伺服系统和电机组合,其中永磁交流伺服系统采用速度外环、电流内环两环控制结构的矢量控制策略,引入变参数积分分离的PI调节器;机械传动机构采用曲柄连杆机构。分析结果表明,在同一冲压速度下,伺服压力机的加工效率采用变速驱动工作模式会比恒速驱动模式高,且在一个工作周期内采用变速驱动时驱动系统更加节能,从而为进一步提高曲柄伺服压力机的制造效率提供了依据。     

曲柄滑块机构中滑块最大速度的位置探讨

根据滑块工作行程的最大速度与平均速度的比值要求设计曲柄滑块机构,首要问题是确定滑块工作行程的最大速度位置。对不同类型的曲柄滑块机构中滑块最大速度的位置问题进行探讨得出结论：偏置的曲柄滑块机构,滑块最大速度出现在曲柄与连杆相互垂直处;对心的曲柄滑块机构,滑块最大速度一般不出现在曲柄与连杆相互垂直处,随着杆长比的增大,滑块在最大速度处曲柄与连杆越接近90°。利用Excel软件对一实例求出其滑块最大速度时的位置。     

机器人系统中交流伺服电机控制研究

针对工业机器人应用中快速启动、频繁启停以及抗干扰能力强等方面的技术要求。提出了基于模糊控制理论与经典PID控制理论相结合的模糊参数自整定PI控制方法。可以在交流伺服控制系统运行中实时调整控制器的参数,改善经典PI控制器固定控制参数在系统参数变化及负载突变情况下的稳态和动态性能。对所提出的控制方案进行了详细的理论介绍和方案设计,并且实验测试表明模糊参数自整定PI控制方式相对于经典PI控制器在速度稳定性及抗负载扰动方面有着明显的优越性,验证了该方案的有效性,对工程应用具有一定的指导意义。     

横向磁场电机伺服直驱压力机控制策略研究

为实现伺服压力机的柔性加工控制,在分析曲柄肘杆伺服压力机驱动系统的基础上,提出采用Bezier曲线数学模型的伺服压力机系统控制策略,并给出具体控制方案。给出了应用电枢电流有效值和初相进行控制的横向磁场驱动电机控制策略,建立了电机的伺服控制系统,对曲柄的运转进行精确的控制,最终将Bezier曲线数学模型计算得到的柔性加工给定曲线在滑块上实现。冲裁工艺柔性加工的模拟运行控制结果表明:控制系统能够获得满足加工工艺要求的精确滑块运行曲线。     

交流伺服位置系统的数字PID控制

介绍了交流伺服位置系统的结构，分析了位置环数字PID控制器的积分分离控制算法以及参数整定方法。仿真实验表明：选择合理的PID参数能够提高控制系统的静态、动态性能和鲁棒性。     

由串联四杆机构组成的多连杆压力机运动特性研究

针对连杆机构的运动特点,设计了串联四杆机构作为压力机的工作机构。利用系统动力学软件ADAMS建立了串联四杆机构的多体动力学模型并作了运动仿真。研究了曲柄长度和滑块偏心距的变化对滑块位移、速度、加速度的曲线形态的影响。仿真结果表明:随着曲柄长度增加,滑块的行程增大,滑块的运动特性变差;而滑块偏心距的增加对滑块运动曲线形态的改变具有相反的作用。研究结果可对多连杆压力机的开发提供参考。     

基于ARM的开放式数字运动控制器的设计

采用ARM嵌入式微控制器,结合专用电机控制芯片,构建出基于串行总线轴伺服运动控制器的硬件平台。采用了全数字式位置闭环控制,使用模糊PID参数修正方式实现对伺服控制器中电流环和速度环PI控制器参数的自适应修正,通过试验证明该设计获得了理想的控制结果。     

双肘杆机械压力机实现柔性加工的混合闭环伺服控制系统的研究

提出一种混合闭环伺服控制系统,应用在交流伺服电动机驱动的双肘杆机械压力机上实现可控柔性化加工。通过对伺服压力机驱动系统的分析建立其机电数学模型的前提下,确定伺服控制系统的整体结构组成。针对特定加工工艺的滑块轨迹曲线,通过前馈控制器转换为电动机转角的参考信号,并利用滑模控制和模糊控制技术对滑块位置误差补偿控制器和电动机转角位置控制器进行设计。对压力机整体系统进行仿真分析,获得该伺服系统在压力机冲击负载干扰的情况下具有良好的鲁棒性和稳定性。最后完成该双肘杆压力机混合闭环伺服控制系统的搭建和调试,并在其上对三种不同材料进行筒形拉深工艺试验,验证伺服控制系统的有效性,从而为该双肘杆压力机实现各种柔性加工工艺提供一种切实可行的解决方案。     

大型光电经纬仪速度环PID参数模糊自整定研究

为了使大型经纬仪在跟踪快速目标时具有较高的响应速度和较强的抗干扰能力,同时在跟踪低速目标时具有较好的平稳性和较高的精度.在传统伺服控制器双闭环的结构基础上,利用模糊控制理论将伺服控制的速度环调节器设计为模糊PID控制器,同时将位置环设计为传统的一阶调节器.讨论了速度环模糊PID控制器的结构和PID参数的整定方法,在设计中比例系数KP、微分系数KD用模糊方法进行自整定,而积分参数KI采用固定参数,并在MATLAB中对该模糊PID控制器进行了仿真研究,对比了模糊PID控制器与传统PID控制器的性能指标和抗干扰能力.实验结果表明:模糊PID控制器具有自整定参数的能力,并且跟踪性能远远优于传统PID控制器.在实际项目中对所设计的模糊PID控制器进行了应用,在对经纬仪进行最大速度20°/s最大加速度5°/s2的正弦引导时测得最大误差仅为0.6".在对经纬仪进行速度为15"的等速引导时系统运行平稳,实际测得速度与引导速度的均方根误差仅为0.63".     

贴片机工作头PID参数多目标优化

工作头是贴片机系统最主要的组成部分,工作头伺服系统直接影响贴片机的性能。文章对工作头伺服系统进行数学建模,将系统分为电流环、速度环和位置环三部分。基于遗传算法,对电流环、速度环和位置环进行多目标PI或PID参数整定,最终获得系统参数的整定结果。在MATLAB/Simulink环境中,对整定的系统进行仿真,得到系统的阶跃响应曲线,响应曲线表明整定参数满足系统的工作要求。     

基于ARM和FPGA的嵌入式伺服压力机控制系统设计

通过对曲柄滑块伺服压力机和伺服电机的工作原理进行分析,对伺服压力机控制系统的软硬件进行了选择和设计,为伺服压力机滑块的精确控制提供了依据。设计了以S3C2440微处理器和FPGA为核心的控制器,构建了Linux+Xenomai的实时操作系统,并采用Qt/Embedded开发人机交互界面。控制系统功能完善,操作界面设计人性化。     

伺服曲柄压力机的刚性连接分析

伺服曲柄压力机是传统压力机的换代产品.当电机轴与齿轮刚性连接时,在滑块打击瞬间,存在过载现象.以伺服电机全速降的最大角加速度分析为基础,提出了伺服压力机刚性连接时电机轴伸负载的计算方法,并进行了200t伺服压力机的设计实例分析.提出了增设摩擦安全联轴器或选用高强度材料或增大轴伸直径的解决方案.结果对伺服压力机的设计起关键作用.     

基于粒子群算法的参数自整定伺服控制器的设计

提出了一种可以不考虑系统的数学模型以及外部的工作状况,直接通过在可行域内搜索最优解来找到合适的控制器参数的方法。以伺服系统的速度环控制器为研究对象,将粒子群优化算法应用于控制器的参数自整定中,设计了参数自整定PI控制器。在Matlab／Simulink环境下建立永磁同步电机伺服系统的仿真模型,对比了通过人工参数整定与基于粒子群优化算法的参数整定两种方法。仿真实验结果表明,该方法整定出的控制器参数可以使伺服系统的性能得到较大提高,具有较大的应用价值。     

并联机构主模块伺服系统参数辨识与整定

研究一种小型可重构并联机构主模块伺服系统参数辨识与整定方法。首先导出外移动副驱动,含平行四边形支链结构的位置、速度及加速度逆解模型,并利用虚功原理建立其刚体动力学逆解模型。在此基础上,提出辨识该类伺服系统参数的一种方法。该方法采用变频三角波输入,克服了伪随机二位式序列信号幅值变化大,易造成对伺服电动机冲击,引起其速度环开环等问题,且通过附加惯性负载,可将包括伺服系统转动惯量在内的所有参数辨识出来。进而,以超调量和上升时间为优化目标,考虑随位姿变化的极限负载,对伺服系统控制器参数进行了整定,给出了伺服系统控制器参数的范围。最后,试验验证了该方法的有效性和正确性。