基于安全性考虑的五自由度外骨骼式上肢康复机器人自适应控制

针对一类具有特殊安全性要求的五自由度外骨骼上肢康复机器人,研究了一种自适应控制策略。该机器人协助患者的肩、肘、腕关节进行关节运动,以达到上肢运动功能康复的目的,因此,在整个康复训练中如何保证患者安全是机器人控制策略的重点。为确保良好的跟踪性能,所提出的控制策略具有在模型不确定条件下的鲁棒性;为进一步提高系统在大参数变化以及执行器故障时的安全性能,提出了一种在线更新的自适应控制器。该控制器仅需要进行位置测量实现输出信息反馈,而速度和加速度通过观测器估计得到,不需要依靠其他传感器信息。设计了一个参数可调和有界误差的轨迹跟踪实验,仿真结果验证了本控制方案的有效性。     

直流电机位置控制器参数优化研究

经典的整定方法不但过程繁琐,而且还不能保证整定的控制器是最优的。因此,为了获得满意的系统性能,本文将遗传算法寻优引入到直流电机位置跟踪系统控制问题中。采用遗传算法完成控制器参数的全局寻优,同时整定电流、转速和位置控制器的参数。仿真结果:引入遗传算法的PID控制器在系统的输出响应跟踪方面,且超调量基本没有,在保障系统稳定的基础上能够保证系统的控制效果,提高了系统性能,达到了实际工艺要求。仿真数据结果证明了本文所提出方法的有效性。     

弹性边界与未知输入下斜拉索-磁流变阻尼器减振控制研究

在弹性边界条件下,针对斜拉索-磁流变阻尼器系统,进行未知输入作用下的减振控制方法研究。基于Hamilton原理及未知输入观测器原理建立斜拉索-磁流变阻尼器状态空间方程和未知输入估计器。基于未知输入观测器对斜拉索-磁流变阻尼器系统的未知输入实时观测估算,并对未知输入进行重构。在未知输入观测器基础上设计具有新型趋近律的滑移模型控制器。最后,以宁波招宝山斜拉索桥C20号斜拉索为例,进行仿真验证。结果表明:具有新型趋近律的滑移模型减振控制算法能保证斜拉索-磁流变阻尼器系统在未知输入作用下发挥的快速性和稳定性,有效抑制拉索的振幅和振速,且能在突发情况下依旧保持良好的减振效果。     

永磁同步电机位置伺服系统滑模控制的研究

为提高永磁同步电机伺服系统的鲁棒性和快速性,本文引入了滑模变结构控制策略。本文针对传统滑模控制应用于伺服系统存在的实际问题,设计了一种新型的滑模控制器,可靠地实现了伺服控制。设计新的滑模面,保证位置和速度分别进行滑模控制,实现了位置跟踪和速度控制,同时提高了系统的快速性。仿真和实验均证明了文中所设计的滑模控制方案的可行性和优越性。     

模糊PI控制在磁耦合谐振无线电能传输系统中的应用

为了提高磁耦合谐振无线电能传输系统的传输效率,综合考虑线圈的谐振频率和耦合系数,应用电路理论分析谐振状态对系统传输效率和传输功率的影响,进而提出了模糊PI自适应跟踪算法。通过跟踪检测逆变电路电流和电压信号,输入到模糊PI控制器对逆变电路的驱动频率进行调节,保证逆变电路电流电压同相位。仿真实验结果表明:基于模糊PI跟踪算法的无线电能传输系统能够对参数变化进行快速跟踪和调节,使系统工作在谐振状态,该跟踪算法相比传统的PI跟踪算法有更好的动静态性能。     

基于自抗扰控制技术的电子节气门控制

为解决传统线性控制器无法满足汽车电子节气门控制要求的问题,利用自抗扰控制技术进行了电子节气门非线性控制器研究。首先根据博世公司的电子节气门性能指标,给出了参考过渡过程和采样时间的选取准则;然后通过将建模误差等不确定性看作加性外部扰动,利用扩张状态观测器实时估计出作用于系统的扰动总和,并给予补偿。仿真表明,基于自抗扰控制技术的控制方法能够很好地实现电子节气门的快速跟踪控制,而且具有较强的鲁棒性。     

微网中分布式电源基于下垂控制的设计

本文提出了利用下垂特性对微网分布式电源进行了多环反馈控制器的设计。多环反馈控制器外环为功率控制器,采用下垂特性,通过调节有功功率调节系统频率和无功功率调节电压幅值,并为三相电压的提供参考值。内环为电压电流控制器,电压环节采PI控制器稳定负荷电压,实现无差调节,同时电流环节采用P控制器提高系统响应速度。所设计的多环控制器并网时调节微网频率与电网频率达成一致并且输出一定的功率,当电网发生故障时,微网由并网模式转到孤岛模式时,其所有微型源自动调节功率输出和频率,实现功率共享且孤岛模式和并网模式之间的转换是无缝连接的,保证供电可靠性和系统稳定运行。仿真结果验证了设计方法的可行性。     

基于鲁棒分析的多变量分数阶干扰观测器设计

为了提升带时滞多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)系统的抗干扰能力,提出了1种基于鲁棒性能指标的改进干扰观测器(disturbance observer,DOB)设计方法,将1种新的分数阶低通滤波器引入到干扰观测器中,通过分析观测器中参数对系统抗干扰能力的影响,采用最大灵敏度和最大互补灵敏度对观测器中的参数进行整定,在保证系统响应速度的同时,可以有效地补偿模型不确定性和抑制强外界干扰对输出带来的影响。仿真实验检验了所提方法的有效性。     

智能湿喷机机械臂液压伺服系统模糊控制仿真

为了提高智能湿喷机在复杂多变工况条件下的适应性,针对智能湿喷机机械臂各关节液压伺服系统时滞、变负载、不确定、非线性的特点,以大臂俯仰关节液压伺服控制系统为研究对象,采用数值分析和控制理论结合方法,对系统各环节进行了数学建模,并应用模糊集合理论,研究了PID参数自调整的模糊控制算法,结合专家整定经验,设计了一种基于模糊控制算法的控制器。基于Matlab/Simulink建立了大臂俯仰关节液压伺服系统仿真模型,对控制器性能进行了仿真研究。仿真结果表明,该控制器可通过在线检测系统误差和误差变化率,经模糊推理与决策,自动调整PID控制器参数。采用模糊控制算法可实现机械臂关节液压伺服系统的快速精确闭环控制,降低死区影响,减小臂架冲击,有利于提高智能湿喷机自动喷涂效果。     

基于自适应无迹卡尔曼滤波算法的非线性系统估计

采用无迹卡尔曼滤波算法在线识别非线性系统参数和进行状态估计时，要求全部外部激励已知，而大多情况下结构外部激励特别是强震甚至未知激励难以直接量测。为解决上述问题，提出并推导了只需结构输出响应，即可实时估计结构状态、未知参数和未知外部激励力的自适应无迹卡尔曼滤波算法。该自适应无迹卡尔曼滤波算法能够自动递推估计观测噪声的协方差，可以有效避免系统估计受限于不当选取的测量噪声初始值。同时，引入最小二乘法估计未知外部激励力。为验证所提出的自适应无迹卡尔曼滤波算法的可行性，以及其对于多种强非线性系统的适用性，选取两种典型的非线性系统包括一个3自由度Bouc-Wen滞回非线性结构和一个Duffing型剪切梁结构进行数值模拟分析。并对一单自由度非线性能量阱进行振动台试验研究，估计未知激励力。由识别结果和实际观测值的良好一致性，以及参数的识别精度表明：在有限的响应测量条件下，提出的自适应无迹卡尔曼滤波算法能够有效地实时追踪非线性系统的状态、估计未知参数以及非线性系统的未知外部激励力。