基于压电陶瓷的柔性机械臂主动振动控制实验研究

柔性机构因其工作效率高,能量消耗低和结构简单等优点被广泛应用于机器人领域.但柔性机构由于刚度较低,易产生弹性振动,使机器人的定位精度和运动精度降低.为了验证在前期的工作中提出的柔性机械臂主动振动最优控制位置分析的正确性,搭建了一个基于Labview的测试系统.在柔性臂上不同位置粘贴压电片来实现对柔性臂不同位置的主动振动控制,通过测试系统得到最优控制位置处和最优控制位置附近的柔性机械臂振动的传感电压,根据控制前后传感电压的变化分析柔性臂抑制的强弱.根据实验结果显示,柔性臂在前三阶振动下,分别在其最优控制位置上获得最高的抑振率,从而验证了最优控制位置的有效性.     

基于线性自抗扰的开关磁阻电机调速控制研究

开关磁阻电机调速系统是复杂的非线性时变系统,负载扰动大,变量之间耦合严重,针对上述系统的性能特点提出采用线性自抗扰控制策略对系统进行控制的方法。首先为克服负载扰动变化,电机磁链呈非线性以及电流、位置等参数耦合的内外部干扰问题,设计扩张状态观测器对系统内扰和外扰进行准确估计并实时补偿。然后设计PD（比例-微分）控制器抑制系统给定与扩张状态观测器反馈的观测对象状态变量之间的跟踪误差。最后在仿真平台上对设计的控制系统进行试验并与传统PID控制方案进行对比,结果显示,对于给定的阶跃信号线性自抗扰控制器只需0.09s即可达到稳态且无超调,而PID控制器需要3s才能实现稳定跟踪。因此相比于传统PID控制,线性自抗扰控制器拥有更优的动静态性能,并且系统在外部负载扰动和内部模型参数变化的情况下也有良好的控制效果,表现出了很好的鲁棒特性。     

机载光电侦察平台的自抗扰控制技术研究

PID控制在机载光电侦察平台伺服系统中应用广泛,但其固有的一些缺陷限制了系统性能的进一步提高.为此,设计了一个自抗扰控制器,通过采取为参考信号安排过渡过程,估计参考信号和输出信号的微分,实时估计并补偿伺服系统的所有扰动等措施,克服了PID控制器的缺陷.以某型号机载光电侦察平台为控制对象,对自抗扰控制器与PID控制器进行了仿真对比试验.试验结果表明,采用自抗扰控制器的机载光电侦察平台伺服系统的阶跃响应速度快、无超调,对模型摄动和测量噪声不敏感,对外界扰动的抑制能力强,能够有效克服摩擦扰动对平台低速运动性能的影响,各项性能均优于PID控制器.最后,提出了一套自抗扰控制器参数整定准则.     

宏/微运动控制的电感传感器动静态校准装置

为改善电感位移校准装置校准精度、校准量程及动态频响难以兼顾的问题,采用宏/微运动控制方法驱动校准装置作快速、精密、大范围定位.在简述校准方法工作原理及结构之后,对以静压双V导轨/直线电机组合的宏动平台及以柔性铰链/压电陶瓷组合的微动平台进行动力学建模,并获得宏微平台的传递函数.设计微动跟随宏动和宏动跟随微动两种控制策略,并进行建模和仿真分析,对比两种控制策略下的测量结果并分析原因.设计并搭建实验平台后进行校准装置的性能测试,实验结果表明:宏动跟随微动控制策略具有更高的动态频响性能,校准装置在全行程20 mm内分辨力达到5 nm,在幅值为0.05 mm的正弦频率响应实验中,动态频响达到100 Hz,可满足电感传感器的动静态校准要求.     

智能柔性机械臂的建模和振动主动控制研究

针对伺服电动机、谐波齿轮减速器、柔性臂及压电致动器组成的智能柔性机械臂系统,基于假设模态法和Hamilton原理建立系统动力学方程.为了实现系统较高精度的位置控制,同时快速抑制柔性臂的弹性振动,提出了对伺服电动机采用PD(proportional derivative)控制、对压电致动器采用模糊(fuzzy)控制的复合控制策略.在数值仿真分析的基础上,搭建了智能柔性机械臂系统测控平台.数值仿真和实验结果表明所提出的控制策略是可行的:PD控制算法控制伺服电动机以较高的位置精度完成了系统运动控制,模糊控制算法控制压电致动器较快地抑制了柔性臂的弹性振动.实验中柔性臂的振动衰减时间由6.5s缩短为3.5s,提高了柔性臂末端的定位控制精度,改善了系统的操作效率.     

永磁直线电机的滑模控制与非线性效应补偿

永磁直线电机(PMLM)伺服系统易受外部扰动、非线性效应等不确定性因素的影响,传统的PID控制方法难以获得满意的控制效果.针对上述问题,提出基于饱和指数趋近律的滑模控制与非线性效应补偿的控制策略,采用滑模控制来提高系统的鲁棒性和稳定性,加入速度、加速度前馈提高系统的响应时间,并针对PMLM的非线性效应对系统的定位精度影响较大,对力的波动、摩擦力进行补偿,提高系统的动态性能.采用上述控制策略在MATLAB仿真平台进行分析,研究结果表明,提出的控制策略可以改善PMLM伺服系统的动态性能,提高系统的稳定性、鲁棒性与定位精度.     

抄纸过程水分定量自抗扰控制仿真研究

针对抄纸过程水分定量系统控制中的强耦合、时滞、不确定等特点,在常规PID控制的基础上提出了自抗扰控制这种新的法,方法的特点是可以动态补偿系统模型扰动和外扰,即克服了常规PID控制中存在的快速性与超调之间的矛盾.自抗扰控制器由微分一跟踪器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈三部分组成.最后对自抗扰控制和PID控制算法分别进行了仿真.并分析比较了这两种不同控制算法的仿真效果,结果表明自抗扰控制系统具有良好的动态性能,控制器具有很强的鲁棒性.     

大惯量扫描镜的滑模自抗扰控制

针对大惯量扫描镜伺服系统中因柔性连接所导致的机械谐振问题,本文提出一种非线性滑模自抗扰控制方法对机械谐振加以抑制.首先建立了伺服系统谐振数学模型,并分析了自抗扰控制抑制谐振的原理;然后建立了速度环滑模自抗扰控制器,并在计算机仿真软件中针对连续–离散混合模型进行仿真;最后在大惯量扫描镜机构上进行控制实验.仿真结果表明,采用滑模自抗扰控制后,机械谐振得到了抑制,系统的动态性能得到了提高,系统更接近于刚性连接系统.实验结果表明,扫描镜摆动过程中匀速段及反向加速段的机械谐振得到了有效抑制,位置跟踪精度得到了有效提高,达到了设计要求(<1′′).     

自抗扰PID四旋翼飞行器控制方法研究

针对传统PID控制算法不能很好地适应非线性被控系统、鲁棒性较弱、抗扰能力差等缺点,提出了一种基于传统PID控制与自抗扰控制结合的四旋翼飞行器控制方法。在传统PID控制器的基础上,对飞行器姿态解算过程中的不确定因素和外界干扰予以实时的观测和补偿。最后在Simulink中分别搭建传统串级PID控制器和自抗扰PID控制器的仿真模型,通过分析仿真结果得出自抗扰PID控制器的响应时间比传统串级PID控制器快约30%,稳态误差较传统串级PID控制器降低约15%,超调量降低约20%。由此得出自抗扰PID四旋翼飞行器控制方法能够很好地适应四旋翼飞行器非线性系统,达到抑制外界干扰以及补偿系统控制误差的效果。     

四旋翼飞行器带速度补偿的多回路PID位置跟踪控制

针对四旋翼飞行器的位置跟踪问题,采用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical system)软件搭建了四旋翼飞行器的非线性数学模型,并将模型导入到Matlab中,采用多回路PID位置控制策略对飞行器的位置跟踪进行控制,并在此基础上提出采用速度PID进行补偿多回路PID的位置跟踪控制策略.仿真结果表明:所设计的速度PID对多回路PID的位置跟踪控制策略进行补偿,对于四旋翼飞行器位置控制具有响应速度快、超调小、鲁棒性强等特点;所采用的联合仿真方法效果直观.     

Adaptive Kalman filter and dynamic recurrent neural networks-based control design of macro-micro manipulator

In this paper,a composite control scheme for macro-micro dual-drive positioning stage with high acceleration and high precision is proposed.The objective of control is to improve the precision by reducing the influence of system vibration and external noise.The positioning stage is composed of voice coil motor(VCM) as macro driver and piezoelectric actuator(PEA) as micro driver.The precision of the macro drive positioning stage is improved by the combined PID control with adaptive Kalman filter(AKF).AKF is used to compensate VCM vibration(as the virtual noise) and the external noise.The control scheme of the micro drive positioning stage is presented as the integrated one with PID and intelligent adaptive inverse control approach to compensate the positioning error caused by macro drive positioning stage.A dynamic recurrent neural networks(DRNN) based inverse control approach is proposed to offset the hysteresis nonlinearity of PEA.Simulations show the positioning precision of macro-micro dual-drive stage is clearly improved via the proposed control scheme.     

无陀螺大挠性多体卫星的自抗扰姿态控制

研究了最近提出的非线性自抗扰控制器在大挠性多体卫星姿态控制中的应用问题。在无陀螺测量情况下 ,提出了一种自抗扰姿态控制器 ,并与使用于某挠性卫星的有陀螺测量的古典PID姿态控制器 ,从鲁棒性、干扰抑制、动静态性能指标和振动抑制等方面进行了比较。在考虑了反作用轮和敏感器的实际非线性和敏感器噪声影响情况下 ,仿真表明 :自抗扰姿态控制器 ,除在振动抑制和控制误差精度方面略差外 ,其它各方面均优于古典PID姿态控制器。该文提出的自抗扰姿态控制器 ,在无陀螺或陀螺故障下 ,实现挠性多体卫星的高精度高稳定度姿态控制 ,具有实际的应用价值     

基于微分预报的机载雷达稳定平台自抗扰控制系统

为了进一步提高机载雷达稳定平台的抗干扰能力,以满足其愈来愈高的精度需求;提出一种基于“先微分,后预报”的机载雷达稳定平台自抗扰控制方案;对比于传统自抗扰控制器,此方案将扩张状态观测器的扰动观测输出通过微分预报之后在补偿系统的扰动,有效地减少了扰动估计滞后的现象,显著提高了对系统扰动补偿的实时性;通过Matlab仿真实验表明,“先微分,后预报”自抗扰控制方案的超调量仅有1.11%,稳态时间只有0.52 s,远远小于PID控制,而其对扰动的响应幅值仅为PID控制的12.8%,且与PID控制相比,其对连续扰动的抑制能力更为优秀。     

横滚隔离激光捷联惯导系统稳定回路自抗扰控制

针对自旋飞行器高速自旋的特点,介绍了一种具有横滚隔离功能的捷联惯导系统,着重研究了横滚隔离激光捷联惯导系统稳定回路的自抗扰控制问题.通过对横滚隔离激光陀螺单轴稳定平台状态空间模型的分析,利用自抗扰控制思想,建立了二阶离散自抗扰控制算法.引入Stribeck模型模拟稳定回路的摩擦力矩,仿真分析表明,自抗扰控制的稳定回路可有效抑制干扰、跟踪指令角速度,具有精度高、收敛快、鲁棒性强等特点.该控制算法具有一定的工程实用价值.     

坦克炮控系统摩擦扰动补偿研究

针对坦克水平向炮控伺服系统中存在的摩擦不确定因素及未建模动态,首先建立水平向炮控伺服系统的数学模型,将摩擦扰动和未建模动态视为一个综合扰动项,然后利用扩张状态观测器对综合扰动项进行观测和补偿,并将扩张状态观测器(ESO)补偿回路作为经典PID控制方法的内回路,实现ESO-PID的复合控制;最后对所用方法进行仿真,结果表明,在原有控制方法的基础上设计控制器,集合了PID控制算法的"被动抗扰"和自抗扰控制方法中扩张状态观测器的"主动抗扰"特性,能够在保持控制系统原有特性的基础上大幅度提高炮控系统的稳定精度以及低速性能。     

基于自抗扰控制技术的捷联罗经对准算法

在大失准角条件下,研究了自抗扰捷联罗经对准算法．基于欧拉平台误差角概念建立了适用于自抗扰控制的二阶水平通道状态空间模型．以水平速度误差作为量测实现水平姿态对准,从稳定的水平通道指令角速度中提取方位失准角信息,完成方位自对准．仿真结果表明,该对准算法可较快地实现大失准角的自对准且对准精度与经典罗经对准法相当．     

基于新型补偿控制策略的柔性关节控制器设计

柔性关节机器人控制系统中存在不确定性扰动、摩擦力、参数变化以及建模误差等问题,而常规PID控制无法兼顾稳定性和控制精度的要求,为此设计了一种基于新型补偿控制策略的柔性关节鲁棒控制器.控制器设计中,将摩擦力分为线性和非线性两部分,扰动分为确定性和不确定性两部分:机器人自身结构相关量、确定性扰动以及摩擦力的线性部分可以通过...     

带挠性伸杆机构小卫星的复合振动控制

为了满足空间探测任务的要求,需采用轻质的伸杆机构支撑各类探测载荷远离卫星本体以避免平台剩磁对空间测量信息的干扰,而挠性伸杆的弹性振动会耦合影响到卫星本体,从而降低卫星本体的姿态控制精度.考虑到挠性附件振动的复杂性及其对航天器本体的耦合影响,采用最优指令整形抑制挠性伸杆的低阶模态振动,并在本体控制中设计自适应扰动抑制滤波器进一步抵消挠性伸杆的残余振动对本体的干扰作用.仿真结果表明,此复合振动控制方法可显著的提高此小卫星的姿态控制精度.     

航天机电伺服系统的自抗扰控制

航天机电伺服系统作用是接收火箭控制系统的指令信号并带动空气舵或者喷管跟随指令信号运动,其在应用上的主要特点是负载特性变化大.传统的PID算法在航天机电伺服系统上的应用已经比较成熟,但是在空气舵或者喷管本身负载特性发生改变时,传统的PID算法的控制效果会明显下降.因此,本文建立了航天机电伺服系统柔性运动模型,并提出了将自...     

深空探测航天器姿态的自抗扰控制

本文针对一种带有挠性附件和液体晃动的深空探测航天器姿态控制问题,提出了自抗扰控制律.该控制律可以自主、有效地抑制挠性附件弹性振动和液体晃动对姿态角运动的耦合作用以及处理大范围的扰动和系统不确定性.基于四元数生成角速度跟踪指令,把控制问题由姿态角控制转化为角速度控制.通过设计扩张状态观测器实时估计并补偿角速度通道总扰动并结合角速度偏差反馈,使得角速度快速跟踪指令,进而实现控制目标.仿真结果验证了控制律的有效性和鲁棒性.