基于ZPETC和DOB的直线伺服系统鲁棒控制

针对直线伺服系统存在的外部扰动、系统参数变化、非线性摩擦等不确定性因素对系统的影响,采用零相位误差跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器(DOB)相结合的控制方法,通过ZPETC来提高系统的快速跟踪能力,减小系统的跟踪误差,并通过DOB来减小不确定因素对系统的影响,从而同时提高系统的定位精度和鲁棒性。仿真结果表明,所提出的控制方案是有效的,能够明显提高系统的定位精度。     

基于ZPETC的雕刻机直流伺服控制系统设计

为了提高雕刻机的跟踪性能和定位精度,首先在其直流伺服控制系统设计中引入了零相位误差跟踪控制器(ZPETC),然后通过模型辨识、非线性摩擦补偿及干扰观测器的设计来克服ZPETC存在的对系统建模误差和参数变化敏感的缺点.在上述研究的基础上,采用TMS320F2812型DSP设计了集ZPETC、PD控制器及干扰观测器一体的直流伺服控制系统.实验结果表明:为雕刻机所设计的直流伺服控制系统不仅有鲁棒性强和抗干扰能力强的特点,而且有良好的定位精度和跟踪性能.     

基于ZPETC和DOB的永磁直线同步电机的鲁棒跟踪控制

针对高精度永磁直线同步电机直接驱动伺服系统，提出了一种将零相位误差跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器(DOB)相结合的鲁棒跟踪控制策略，以提高系统的跟踪性能和鲁棒性能。ZPETC作为前馈跟踪控制器，保证了快速性，使系统实现准确跟踪；基于DOB的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性等，保证了系统的强鲁棒性。仿真结果表明，所提出的控制方案在保证系统实现完好跟踪的同时，又具有较强的鲁棒性，从而改善了数控机床进给系统的定位精度，进而提高了轮廓加工精度。     

为提高轮廓加工精度采用DOB和ZPETC的直线伺服鲁棒跟踪控制

为了提高轮廓加工精度,本文针对高精度直线伺服系统,提出了一种将零相位误差跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器(DOB)相结合的鲁棒跟踪控制策略.ZPETC作为前馈跟踪控制器,保证了快速性,使系统实现准确跟踪;基于DOB的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性等,保证了系统的强鲁棒性能.仿真结果表明了所提出的控制方案是有效的,既能实现完好跟踪,又有较强的鲁棒性能.从而有效地减小了轮廓误差,提高了轮廓加工精度.     

直接驱动XY平台轮廓误差分析及法向交叉耦合控制

在直线电机直接驱动XY平台中,负载扰动、机械延迟以及两轴驱动系统参数不匹配等因素影响轮廓加工精度.采用H∞速度反馈控制、零相位误差跟踪控制(ZPETC)与法向交叉耦合控制相结合的策略对两轴的运动进行协调控制以提高轮廓加工精度,实现跟踪误差与轮廓误差的同时减小.H∞控制在速度环通过反馈作用消除负载扰动因素的影响,使系统具有较好的鲁棒性.ZPETC基于零、极点对消和相位对消提高系统跟踪精度.法向交叉耦合控制作用于两轴之间,将轮廓误差作为直接被控量进行实时补偿控制,有效地提高了轮廓精度并简化了控制器设计.仿真结果表明,所设计的控制系统具有较好的跟踪性、鲁棒性和轮廓精度.     

基于优化设计数字滤波器在伺服控制中的应用

在高精确度伺服控制系统中,通常采用零相位误差跟踪控制器ZPETC作为前馈控制器, 作用是消除相位误差,但是,ZPETC将导致很小的增益误差。为改善ZPETC对系统增益性能的影响,提出一种基于L2范数优化的前馈控制器设计方案,通过选取适当的目标函数,设计出最优的数字滤波器,将此滤波器与ZPETC串联组成新的前馈控制器,此滤波器在保持系统零相位误差的同时,改善了系统的增益性能,提高了跟踪精确度。仿真实验表明,采用本文提出的优化设计方案,能够改善系统的运动跟踪性能。     

直驱XY平台伺服系统预测鲁棒轮廓跟踪控制

针对直驱XY平台中存在的系统延迟、系统参数变化、负载扰动等不确定性以及双轴之间的耦合问题,依据模型预测控制、扰动观测及解耦控制理论,设计了一种模型预测控制器(MPC)、扰动观测器(DOB)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的预测鲁棒跟踪控制系统。利用MPC作为前馈控制器,通过模型预测、滚动优化和反馈校正提高系统的跟踪性能。DOB能够抑制系统参数变化及外部负载扰动等不确定性因素对系统伺服性能的影响,提高系统的鲁棒性能。CCC能补偿两轴间的轮廓误差,解决双轴间的耦合问题。仿真实验结果表明,所设计的系统具有快速准确的跟踪性能和较强的鲁棒性能。所提出的控制方案能够有效地减小系统的轮廓误差,进而提高了XY平台的轮廓加工精确度。     

提高轮廓加工精度的零相位自适应鲁棒交叉耦合控制

为了提高精密工件的轮廓加工精度,在分析系统轮廓误差的基础上,提出将零相位误差跟踪控制器(ZPETC)、自适应鲁棒控制器(ARC)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的控制策略.ZPETC提高了系统动态响应的快速性,消除系统的滞后现象,实现了准确跟踪;ARC克服了系统参数变化、负载扰动等不确定性,增强了系统的品质鲁棒性和稳定性;CCC用以消除各轴之间的增益参数和动态参数不匹配的影响,以进一步减小轮廓误差.仿真结果表明所提出的控制方案十分有效,为提高零件的轮廓加工精度指供了一种新方法.     

基于GPC和DOB的直驱XY平台鲁棒跟踪控制

针对直线永磁同步电机驱动XY平台存在的系统滞后、摩擦及各种不确定性因素等的影响,提出了一种基于广义预测控制器(GPC)和扰动观测器(DOB)相结合的控制方法。首先通过GPC对系统参数进行辨识,建立受控自回归积分滑动平均模型(CARIMA);之后对模型进行滚动优化,寻求系统局部最优;最后进行反馈校正,以持续地对系统进行在线校正,解决XY平台系统控制滞后问题,提高了系统跟踪能力。对系统参数不确定性及各种非线性扰动,利用DOB加以消除或削弱,提高了系统的鲁棒性。仿真与实验结果表明方案可行,提高了系统的跟踪性能和鲁棒性能,进而提高了XY平台系统的加工精度。     

ZPETC及其在Buck变换器中的应用研究

将零相位误差跟踪控制（ZPETC）引入到Buck变换器中,详细介绍了ZPETC的工作原理,给出了Buck变换器的数学模型,并对ZPETC控制的Buck变换器进行了仿真,仿真结果表明ZPETC能够实现无相位差和无超调的快速跟踪控制效果。该控制算法易于实现,改进了传统PID的控制性能,具有一定的理论意义和应用前景。     

数控机床多轴联动伺服电机的零相位自适应鲁棒交叉耦合控制

针对驱动多轴联动数控机床的高精度永磁同步电动机交流伺服系统,在分析系统轮廓误差的基础上,提出了将零相位误差跟踪控制器(zero phase error tracking controller,ZPETC)、自适应鲁棒控制器(adaptive robust controller,ARC)和交叉耦合控制器(cross coupling controller,CCC)相结合的控制策略。ZPETC提高了系统动态响应的快速性,消除系统的滞后现象,实现准确跟踪;ARC克服系统参数变化、负载扰动等不确定性因素的影响,增强系统的品质鲁棒性和稳定性;CCC用以消除各轴之间的增益参数和动态参数不匹配的影响。仿真分析表明所提出的控制方案有效,可提高零件的轮廓加工精度。     

活塞加工中的周期性参考与干扰信号的鲁棒二自由度控制

在中凸变椭圆活塞车削过程中,系统的快速跟踪性能和抗扰性能是两个关键问题.由于系统的参考信号和干扰信号都具有按椭圆规律周期变化的特点,针对直线伺服驱动系统研究了对参考信号的跟踪和对变化负载扰动的抑制,提出零相位误差跟踪控制(ZPETC)和改进型重复控制相结合的二自由度鲁棒跟踪控制策略,以解决跟踪控制性能和抗扰性能之间的矛盾.从而既提高快速跟踪能力,又减小负载扰动对刀具定位的影响,仿真结果验证了此方案的有效性.     

永磁直线同步伺服电机的零相位二自由度H∞鲁棒跟踪控制

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动伺服系统,提出了一种将零相位误差跟踪控制(ZPETC)和H∞鲁棒控制相结合的二自由度鲁棒跟踪控制策略,以解决系统的快速而精确的跟踪控制性能和抗扰性能之间的矛盾.零相位误差跟踪控制器保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而H∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性能.仿真结果表明,该方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时,对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.     

最优ZPETC在伺服跟踪控制中的应用

在高精度伺服跟踪控制系统中,为使输出响应能完整地跟踪输入指令,不仅要求输出与输入之间的相位差为零,而且要求幅值一致,通常采用零相位误差跟踪控制器(ZPETC)作为前馈控制器,补偿相位误差,但同时也产生一定的增益误差.为改善ZPETC的跟踪性能,提出一种基于L2-范数优化的前馈控制器设计方案,通过选取适当的目标函数,设计出最优的数字前置滤波器(DPF),将此滤波器与ZPETC串联构造成最优ZPETC.仿真结果表明,该优化设计方案,既补偿了相位误差,又改善了系统的增益性能,从而提高了系统的跟踪精度.     

基于数字前置滤波器优化的ZPETC在伺服跟踪控制中的应用

在高精度伺服跟踪控制系统中,为使输出响应能完整地跟踪输入指令,不仅要求输出与输入之间的相位差为零,而且要求幅值一致,通常采用零相位误差跟踪控制器(ZPETC)作为前馈控制器,补偿相位误差,但同时也产生一定的增益误差.为改善ZPETC的跟踪性能,提出一种基于L2-范数优化的前馈控制器设计方案,通过选取适当的目标函数,设计出最优的数字前置滤波器(DPF),将此滤波器与ZPETC串联构造成新的前馈控制器.仿真结果表明,采用本文提出的优化设计方案,既补偿了相位误差,又改善了系统的增益性能,从而提高了系统的跟踪精度.     

永磁同步电动机伺服系统自校正零相位误差跟踪控制

针对基于零相位误差跟踪控制器(ZPETC)的永磁同步电动机伺服系统易受系统参数变化的影响,本文采用递推最小二乘法对永磁交流伺服系统的转动惯量和粘滞摩擦系数进行了在线估计,并利用根据辨识得到的转动惯量与粘滞摩擦系数对ZPETC进行在线调整,使系统在参数变化时仍然具有良好的跟踪性能.为了克服负载转矩突变对伺服系统的不良影响,还设计了一个参数可以根据辨识得到的转动惯量和粘滞摩擦系数自动更新的负载观测器,该观测器可以使系统在参数变化时仍然能够精确地观测系统的负载转矩,进行精确的前馈补偿,从而大大提高了伺服系统的抗干扰性能.仿真结果表明,此控制方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时,对系统参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性.     

基于趋近律的互补积分终端滑模音圈电机控制

音圈电机（VCM）主要应用于小范围直线定位场景,需保证其拥有高精度及高鲁棒性,并且由于电机参数及摩擦力等影响,VCM是非线性且时变的。本文从VCM工作原理分析并建立对应二阶系统模型。控制策略上采用滑模控制和状态观测器的结合,针对滑模控制的抖振问题分别从滑模面和趋近律方向分别提出对应解决方案。滑模面采用互补积分终端滑模控制（CISMC）,在减小抖振的基础上,采用齐次理论设计的积分终端滑模实现了有限时间的收敛性;趋近律采用幂次趋近律和非线性函数的结合,可以更快的到达滑模面;在滑模控制外采用状态观测器（ESO）对系统扰动等进行前馈补偿,提出了一种基于趋近律的互补积分终端滑模控制（CISMC）。根据推导的数学模型在MATLAB/simulink中建立系统仿真模型,通过仿真实验表明CISMC+ESO的方案,在跟踪正弦信号相较于互补滑模控制（CSMC）+ESO方案,稳定误差最大减少75%,完全跟踪时间最大减小28.5%;在跟踪斜坡信号时,稳态误差明显减少较大,完全跟踪时间最大减小84%。实验表明其在系统控制精度和鲁棒性方面都有明显提高。     

永磁直线同步电机自适应互补滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)易受非线性因素影响而降低伺服系统鲁棒性的问题,提出一种自适应互补滑模控制方法。永磁直线同步电机的非线性因素包括系统参数变化、电机端部效应及外部不确定性的扰动。互补滑模控制将积分滑模面与广义误差滑模面相结合,将系统状态轨迹限定在两个面的交线上,缩短了状态轨迹达到滑模面的时间,提高了位置跟踪精度。为了进一步改善系统鲁棒跟踪性能,利用自适应控制对不确定扰动因素的上界进行估计,减小不确定因素对系统的影响,改善滑模控制的抖振现象。实验结果表明所提出的控制方法是有效可行的,自适应互补滑模控制不仅提高了系统的跟踪性能,而且更有效地抑制了不确定因素对控制系统的影响。     

基于扰动观测器和重复控制器的永磁直线同步电动机鲁棒控制

针对高精度直接驱动的永磁直线同步电动机伺服系统,研究其负载扰动、系统参数变化及端部效应等不确定性因素对系统伺服性能的影响,提出一种将扰动观测器(disturbance observer,DOB)和重复控制器(repetitive controller,RC)相结合的的鲁棒控制策略。基于DOB的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、负载扰动、未建模动态、系统参数变化及不确定性等,保证了系统的速度鲁棒性能,但是DOB无法彻底抑制端部效应这种周期性扰动对速度品质的影响,为此,采用根据内模原理设计专门抑制周期性扰动作用的RC来消除端部效应对系统的不良影响。理论分析和仿真实验结果表明所提出的控制方案是有效的,采用该方案可明显提高系统的鲁棒性能。     

直线电机的线性自抗扰控制

光刻机的工件台是高动态精密伺服运动平台,它要求在系统高速运动的同时,采用长行程直线电机宏动跟随音圈电机高精密微动的驱动方式,实现系统纳米级的精确定位及跟踪。为减小微动电机的运动范围和加速度,必须提高直线电机的跟踪精度。针对该系统的直线电机模型设计了一种线性自抗扰控制方法,该方法的控制器首先通过扩张状态观测器观测系统的动态变化,补偿系统中的各种扰动,再运用前馈对系统的跟踪误差进行补偿,减小系统的动态跟踪误差。在此复合控制方式下,控制器实现了自抗扰控制,前馈控制器很好的补偿了误差,从而提高了系统的抗干扰和跟踪性能。实验表明,该方法与传统的控制方法相比,改善了系统的动态性能和抗干扰能力。