基于非线性观测器的永磁同步电机无传感器控制

为实现永磁同步电机(PMSM)无传感器控制,设计一种对两相静止坐标系下的PMSM模型进行状态重构的非线性观测器来估计转子位置和速度。设计的非线性观测器中不含转速,可使转速变化对观测器性能基本无影响,从而提高了观测精确度。采用基于积分切换的滑模变结构控制器代替了传统的比例-积分-微分(PID)控制中转速环,增强了电机控制系统对自身某些参数变化和外界扰动的鲁棒性。仿真结果证明,所设计的非线性观测器具有较高的观测精确度,控制系统具有良好的动静态性能。     

陀螺稳定平台速度环的离散自抗扰控制

针对陀螺稳定平台在高精度定位下的控制精度受到速度环电机在低速运动时非线性摩擦力影响的问题,文章设计了一种改进策略的自抗扰控制器,将原系统中的非线性摩擦力与电机不同转向时的模型误差统一视为系统扰动,采用扩张状态观测器对这个扰动进行估计,前馈到控制量中进行校正。理论分析了一阶离散系统上扩张状态观测器的推导过程和稳定性条件,并采用遗传算法工具箱对针对平台所设计的扩张状态观测器的参数进行辨识。在仿真实验中,我们首先分析了所设计的扩张状态观测器的开环性能,然后将所设计的自抗扰控制器与实际系统采用的PI控制器的控制精度进行了对比分析。文章为进一步提高陀螺稳定平台的控制性能,提供了一种新的高精度的控制策略。     

机载光电稳定平台滑模自抗扰控制方法研究

针对机载光电稳定平台受扰动影响而导致的视轴稳定精度降低问题,在对线性扩张状态观测器(LESO)进行扰动估计分析及带宽受限分析的基础上,对快速幂次趋近进行了修正,进而提出了一种基于快速幂次趋近律的滑模自抗扰控制器,并进行了基于Lyapunov方法的系统稳定性分析。仿真结果表明,在扰动及参数摄动下,相较于传统滑模控制器和PID而言,使用新型控制器设计的系统具备更高的稳定精度,且抖振抑制效果显著;与趋近律未修正时的控制器相比,新型控制器能使系统维持高精度输出,另外,新型控制器的设计几乎不依赖系统模型信息。故所提方法能提高机载光电稳定平台控制系统的性能。     

具有噪声扰动的统一混沌系统的同步控制

研究了一类具有噪声扰动的统一混沌系统的同步控制问题。基于滑模变结构控制理论,提出了利用不确定性观测器估计扰动噪声,用噪声的观测值来设计控制器的新方法,而且适当选取观测器反馈增益可以使观测误差充分的小,从而可得到几乎没有受到扰动时的控制效果。和常规滑模变结构控制方法相比,所设计的控制器既能有效地抑制抖振,又能降低控制器参数设计的保守性。最后,基于Matlab 6.5软件对Lorenz混沌系统进行分析和数值模拟,验证了该滑模控制方法在混沌同步中的优良性能。     

基于自适应自抗扰控制技术的2 m望远镜K镜的速度控制研究

为了满足2 m望远镜系统中消旋K镜伺服系统的速度控制性能,提出一种基于控制律参数自适应的自抗扰控制新方法。首先,基于速度回路被控对象,设计了二阶线性扩张状态观测器,以实现对扰动的实时观测;然后,为了提高速度环动态和稳态性能,采用回归分析方法,设计了控制律参数基于输入速度变化而自适应调整的比例控制器;最后,搭建了消旋K镜伺服控制实验系统,在速度阶跃信号激励下开展实验研究。结果显示:与传统PI和自抗扰控制器相比,系统以0.001（）/s速度运行时,稳定时间从7.3 s、3.2 s减少至0.9 s;以10（）/s速度运行时,系统超调量从8%、62%降低至无超调;在中低频段的扰动抑制能力最大提高了23 dB,性能得到了提高,可满足K镜伺服系统高精度的速度控制性能要求。     

煤粉制备系统中一种模糊PID控制器的设计与实现

针对某矿业公司多输入、多输出的煤粉制备系统难以进行精确的数学建模、动态描述等特点,设计了一种基于模糊控制和PID技术的模糊PID控制器。首先通过解析典型响应曲线各个阶段为取得良好的控制性能,PID参数与控制过程中系统误差、误差变化率之间的关系,建立模糊控制规则,并为各模糊子集选用三角形隶属度函数,完成该控制器的设计。再通过拟设计的控制器与常规PID控制器对磨煤机入口负压进行对比实验研究,验证了该控制器较好的动、静态性能。     

基于扩张状态观测器的管桩自动焊接机滑模控制

针对管桩自动焊接机中齿轮传动结构带来的齿隙非线性问题，文中提出一种基于扩张状态观测器的改进滑模控制器设计方法。将非线性、时变齿隙模型等价为全局线性化模型，并证明建模误差上限有界。基于该模型，考虑到输入齿隙未知以及外界干扰未知的情况，文中分别设计了滑模控制器和基于扩张状态观测器的改进滑模控制器。前者能够渐进稳定的跟踪输入信号，抗干扰能力强，但存在较大抖振；后者利用扩张状态观测器观测出未知扰动并直接补偿给控制器，在保证跟踪误差在期望精度范围的同时减少了抖振，便于工程实现。仿真实验证明了相较于传统滑模控制器，基于扩张状态观测器的改进滑模控制器系统到达滑模面的速度更快、抖振更少。     

煤粉制备系统中一种模糊PID控制器的设计与实现

针对某矿业公司多输入、多输出的煤粉制备系统难以进行精确的数学建模、动态描述等特点,设计了一种基于模糊控制和PID技术的模糊PID控制器.首先通过解析典型响应曲线各个阶段为取得良好的控制性能,PID参数与控制过程中系统误差、误差变化率之间的关系,建立模糊控制规则,并为各模糊子集选用三角形隶属度函数.完成该控制器的设计.再通过拟设计的控制器与常规PID控制器对磨煤机入口负压进行对比实验研究,验证了该控制器较好的动、静态性能.     

扰动观测器在空间光通信PAT系统中的应用

为了提高空间光通信PAT系统的扰动抑制能力,提出了一种基于扰动观测器的控制方法。该方法首先对PAT系统进行分析,得到简化的控制模型,然后利用扰动观测器从电机转动位置和光斑位置中观测出扰动,最后将扰动等效补偿量加入到电流环前的综合点。精跟踪系统的仿真实验结果表明:相比常规的PD控制器,加入扰动观测器使扰动隔离度在电机电流饱和前的几乎所有频率处都得到了提升,最优情况可达到28.2 dB;同时,该方法具有很强的鲁棒性,在系统物理参数变化15%时扰动隔离度依然比没有使用扰动观测器时提高了至少1倍。所述的控制方法显著提高了PAT系统的抗扰动性能,对大范围与高动态的精密光电跟踪系统有一定的参考价值。     

基于观测器的含扰动Lipschitz非线性系统鲁棒控制

针对一类含扰动Lipschitz非线性系统的鲁棒控制问题进行了研究,讨论了基于观测器的非线性系统鲁棒控制问题.首先,对满足Lipschitz条件的非线性系统构造出了状态观测器;其次,考虑到系统中的扰动项,根据Lyapunov理论分两种情况以线性矩阵不等式的形式给出基于状态观测器的控制器存在的充分条件,得到了观测器增益矩...     

基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统

为了满足地基大口径望远镜精密稳像系统的需求,对大口径快摆镜(FSM)的控制方法进行了研究。为了解决三促动器FSM的运动解耦为系统辨识带来的困难,通过解析法和系统辨识法相结合建立了FSM的传递函数模型。依据该模型,设计了PID控制器与模型预测控制器(MPC),采用仿真和实验两种方式比较了两种控制器的效果。仿真结果表明,在受到阶跃扰动后,MPC控制器的恢复速度是PID控制器的45倍。在50 Hz正弦信号下,由于FSM的大惯量特点,PID控制器有严重的时滞,而MPC控制器能以1.224×10^-6″的误差稳定跟随。在噪声抑制方面,对实时加入10%幅值噪声的随机信号,MPC控制器的噪声抑制效果是PID控制器的13.3倍。实验结果表明,MPC控制器能以0.430″的误差稳定跟随50 Hz正弦信号,其跟踪精度是PID控制器的3.212倍,采用MPC控制器的快摆镜能满足快摆镜高带宽和高精度的需求。     

伺服运动系统CMAC神经网络算法研究

为改善高速高精设备加工质量,利用小脑模型具有不依赖于被控对象的精确数学模型、极强的非线性拟合能力、对运行工况适应能力强的优势,将其与PID控制相结合形成PID＋CMAC控制策略;并借助Turbo PMAC的＂开放伺服＂功能,在Turbo PMAC运动控制器上实现了PID＋CMAC控制策略。测试结果表明PID＋CMAC控...     

一种基于对角递归神经网络的PID解耦控制器

在PID多变量解耦控制的基础上,设计了一种基于对角递归神经网络的PID解耦控制器。基于对角递归神经网络构造了PID控制器,并把几个PID控制器平行采用作为解耦控制器,以同时实现解耦和控制功能。通过对2输入2输出非线性耦合对象进行计算机仿真结果表明,该控制器对多变量非线性系统解耦控制效果很好。     

基于DSP的傅里叶变换红外光谱仪动镜控制系统设计

在直线扫描式高精度傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪系统的研制过程中,为了达到光谱图的质量和分辨率要求,提出了一种利用DSP芯片TMS320F28335作为控制器,直线电机运动平台带动动镜的系统设计方法。介绍了FTIR的优点以及TMS320F28335的性能特点,分析了FTIR系统的原理,详细阐述了电机控制系统的设计方案,给出了DSP、电机驱动器以及电机模块之间的硬件接口电路和软件实现方法。实验证明,该电机控制系统具有很好的稳定性和很高的运动精度,其位置运动精度能够达到0.1μm,保证动镜做稳定可靠的直线运动。     

一种傅立叶变换红外光谱仪动镜扫描系统的设计

针对一种倾斜补偿摆动式干涉仪,利用旋转式音圈电机作为驱动单元,设计了扫描控制反馈系统,建立了控制系统的数学模型,分析了系统的性能参数,并将PID控制应用于系统的反馈控制设计,提高了系统的稳态性能和动态性能。结果表明,在波数为8000cm-1时对应干涉图频率的相对误差达到了0.67%,在实际应用中表现出良好的稳定性和可靠性,能够满足大气环境监测对傅立叶变换红外光谱仪的需要。     

Control of a 2-DOF ultrasonic piezomotor stage for grommet insertion

The treatment of a common disease called “Otitis Media with Effusion (OME)” involves the surgeon inserting a grommet in the eardrum to bypass the Eustachian tube for draining fluid when medication fails. In this paper, a novel device for myringotomy and grommet insertion is first designed and introduced. Due to the advantages of high precision and fast response, a 2-DOF ultrasonic piezomotor (USM) stage is chosen to provide the motion sequences of the device, especially a precise path tracking during the grommet insertion. This paper briefly presents the mechanical design of the device and the configuration and control of the 2-DOF USM stage. The model of the USM consisting of a linear and nonlinear term is built. A PID controller is used as the main controller and tuned with the help of LQR technique. Since there are nonlinear dynamics caused by friction and hysteresis existing in the system, a nonlinear compensation including a sign function and sliding mode control is designed to reject the nonlinearity. Moreover, a decoupling controller is designed to eliminate the coupling effects between the two USM stages. The experimental results show that the LQR-assisted PID controller with compensation can achieve very good system performance and the decoupling controller can further improve the performance.     

空调房间温度复合模糊控制器研究

结合空调房间温度控制具有大滞后、非线性、时变的特点,设计了一种比例-模糊PID控制器。建立了空调温度的系统的模型,介绍了控制器实现原理以及结构,并详细叙述了各个参数的模糊控制规则。在MATLAB的Simulink中搭建系统模型并与传统PID比较,最后进行仿真。仿真结果表明,所设计的比例-模糊控制器比传统PID控制器有更好的动态性能和稳态性能。     

Advanced disturbance observer design for mechanical positioning systems

Disturbance-observer (DOB)-based controller design is one of the most popular methods in the field of motion control. In this paper, the generalized disturbance compensation framework, named the robust internal-loop compensator (RIC) is introduced and an advanced design method of a DOB is proposed based on the RIC. The mixed sensitivity optimization problem, which is the main issue of DOB design, is also solved through the parametrization of the DOB in the RIC framework. Differently from conventional methods, the Q-filter is separated from the mixed sensitivity optimization problem and a systematic design law for the DOB is proposed. This guarantees the robustness and optimality of the DOB and enables the design for unstable plants.     

Hybrid fuzzy proportional-integral plus conventional derivativecontrol of linear and nonlinear systems

This paper presents a new approach toward the optimal design of a hybrid proportional-integral-derivative (PID) controller applicable for controlling linear as well as nonlinear systems using genetic algorithms (GAs). The proposed hybrid PID controller is derived by replacing the conventional PI controller by a two-input normalized linear fuzzy logic controller (FLC) and executing the conventional D controller in an incremental form. The salient features of the proposed controller are as follows: (1) the linearly defined FLC can generate nonlinear output so that high nonlinearities of complex systems can be handled; (2) only one well-defined linear fuzzy control space is required for both linear and nonlinear systems; (3) optimal tuning of the controller gains is carried out by using a GA; and (4) it is simple and easy to implement. Simulation results on a temperature control system (linear system) and a missile model (nonlinear system) demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed controller     

傅里叶变换光谱仪动镜驱动控制技术

动镜驱动控制技术是傅里叶变换光谱仪的重要组成部分.本文从干涉成像光谱技术原理出发,介绍了迈克尔逊型傅里叶变换光谱仪动镜驱动技术的进展及其应用情况.提出了新型摆扫式干涉机构动镜驱动系统的方案.基于模糊PID控制策略,给出了此驱动系统的闭环控制实现方法.