伺服系统的反馈控制设计研究综述

伺服系统广泛应用于工业和国防的各个领域,例如射电望远镜天线伺服系统、雷达伺服系统、动中通伺服系统、硬盘驱动伺服系统、金属切割系统和数控机床等.为了满足伺服系统的高性能要求,先进的控制算法设计越来越受到关注.本文以天线伺服系统和硬盘驱动伺服系统为例,阐述了伺服控制系统中普遍存在的高频谐振、带宽约束和外界扰动等共性问题,从系统的干扰抑制、跟踪性能和鲁棒稳定性问题的角度,归纳了伺服系统主要的控制器设计方法.     

双数字信号处理器光电跟踪伺服控制系统的设计

为解决光电跟踪伺服系统中的计算资源不足的问题.分析了光电跟踪伺服系统跟踪回路的结构,设计了基于双数字信号处理器的数字伺服控制硬件平台,以完成光电跟踪系统的通信、扰动隔离以及目标跟踪等功能,介绍了其硬件与软件实现方法;对各DSP任务进行了合理规划,以McBsP接口作为双DSP的数据交换接口,保证了通讯的实时性.以方位轴跟踪回路为例,构建了脱靶量预测滤波算法,实现了等效复合控制.     

电液位置伺服系统内模鲁棒控制器的设计

针对电液位置伺服系统存在一定的参数不确定性和较大的负载扰动等问题,建立了电液位置伺服线性系统的数学模型,并将其转化为H∞性能准则问题.利用H∞鲁棒控制理论,设计了电液位置伺服控制系统的鲁棒状态反馈控制器;基于内模原理的设计方法,设计了跟踪控制器.仿真结果表明,该位置鲁棒跟踪控制系统不仅对于伺服系统的参数不确定性有较好的控制效果,而且可以有效地抑制位置伺服系统负载扰动的影响,并有效地提高系统的跟踪特性,使系统具有良好的动态性能.     

基于ARM9的自适应模糊PID定长切割控制系统

针对管材在线定长切割过程中位置和速度跟踪控制的难点问题,研发了以基于ARM9 S3C2416微处理器的控制器为核心的定长切割控制系统,并且采用基于自适应模糊PID控制器的伺服闭环控制系统,实现了管材定长切割的高精度控制。主要讨论了定长切割控制系统的硬件和软件设计、伺服系统建模、自适应模糊PID伺服跟踪技术的应用。实践证明:该控制系统采用触摸屏代替PLC,功能稳定,实时性高,操作灵活方便;采用自适应模糊PID控制器可明显提高其动态响应性能及定长切割的精度,使控制系统具有成本低、可靠性高、抗干扰能力强、控制精度高等优点,能够满足定长切割的精度要求。     

阀特性影响阀控缸伺服系统跟踪性能仿真分析

在伺服阀控液压缸伺服系统跟踪性能优化控制问题的研究中,有效选择比例伺服阀非常重要,很大程度上决定着系统设计能否达到性能指标要求.对比了四种不同频响和额定流量的比例伺服阀实物,建立了比例伺服阀控液压缸的模型系统.参照实验系统,基于AMESim软件建立了仿真模型.依据所建立的比例伺服阀阀芯动态的数学模型和产品的技术样本,设置了仿真参数,对比研究了不同的阀频响和额定流量对伺服系统跟踪性能的影响.仿真结果表明,比例伺服阀只有具有适宜的固有频率和额定流量才能对控制性能有益.     

雷达伺服系统小信号性能的改善

针对雷达伺服系统在小信号控制时存在的爬行问题,提出了一种变结构控制方法。这种方法对系统中各种不确定性有很强的鲁棒性。它和传统的ＰＩＤ方法相结合可得到满意的控制效果。作者在某型雷达上进行了实验,结果表明这种方法提高了雷达伺服系统在小信号时的伺服性能。     

基于DSP与CAN总线的跟踪伺服控制器设计

在分析跟踪伺服系统特点的基础上,以TI公司DSP芯片TMS320F2812作为主控制芯片,采用CAN总线与上位机通信,设计了基于DSP与CAN总线的多轴跟踪伺服运动控制器。给出了该控制器的功能和硬件结构,以及软件流程设计。实验结果表明,该控制器具有高集成度、灵活性、实时性、模块化的特点。     

基于DSP与FPGA的跟踪伺服运动控制器设计

在分析光电跟踪伺服系统特点的基础上,以TI公司DSP芯片TMS320F2812作为主控制芯片,采用FPGA进行逻辑时序控制,设计了基于DSP和FPGA的多轴伺服运动控制器。给出了该控制器的功能和硬件结构以及软件流程设计。实验结果表明,该控制器具有高集成度、灵活性、实时性、模块化的特点,完全满足了在复杂环境下对伺服系统控制的要求。     

基于TMS320F2812的跟踪伺服系统

光电经纬仪是现代化靶场中用来测量空中飞行目标参数的一种复杂贵重仪器,而跟踪精度是经纬仪的一个主要技术指标,现今为了提高经纬仪的跟踪精度,越来越多的复杂实时算法被应用到伺服控制系统中,因此要求伺服控制器能够在越来越短的时间内完成大量的运算,即对伺服控制器的运算性能提出了更高的要求。而目前的经纬仪伺服系统多是在底板PC104上叠加多种功能板卡来完成捕获跟踪等任务,鉴于此因,设计了以TMS320F2812为CPU的伺服系统,增加了可靠性,提高了精度和响应速度。     

跟踪雷达自适应带宽的数控伺服系统

介绍了以步进电机为执行元件的跟踪雷达伺服系统。该系统利用数字信号处理芯片精确控制系统的二维运动速度,可以在稳定安全的开环控制情况下实现较高的运动目标追随闭环控制精度。由于此跟踪雷达伺服系统实现数字化的控制,可以根据角度定向灵敏度性能,将目标跟踪经验公式和模糊控制原理方便的结合起来,达到系统带宽和跟踪精度的最佳状态。     

基于目标特性的雷达伺服PID参数优化设计

针对某任务中雷达伺服系统PID控制参数设置不合理引起初始段跟踪不稳定的问题,详细分析了PID控制参数影响雷达伺服系统的机理,对问题故障进行了准确定位,提出了基于不同目标特性的PID控制参数优化设计方案,并采用近距离、远距离两种部署方式开展试验验证,结果表明优化设计方案可行,均能实现目标的稳定跟踪。对雷达设备使用单一PID控制参数无法兼容不同测量点位火箭跟踪问题的分析、定位及解决具有一定的指导意义。     

Robust adaptive controller with disturbance observer for vehicular radar servo system

In vehicular radar servo system, parameter variations of the executive motor and external disturbance uncertainties have great effects on the position tracking precision of the system. In this paper, a robust adaptive controller with disturbance observer is designed for vehicular radar servo system, which combines the merits of disturbance observer, adaptive backstepping method and sliding mode control. The system is modeled, and a disturbance observer is employed to observe and compensate for the unknown uncertainties. Adaptive backstepping method is used to design the sliding model controller to guarantee the global stability of the overall system. Simulation results show that the proposed robust adaptive controller has good performance in position tracking and enhances the robustness of vehicular radar servo system while observing the uncertainties precisely and quickly.     

交流随动系统的模糊控制研究

结合模糊控制理论,针对雷达的交流伺服系统,提出了随动系统模糊控制器的设计方法。实际结果表明,该模糊控制器作用于随动系统时,在跟踪性能及控制的鲁棒性等方面均取得了令人满意的效果。     

某型雷达伺服系统动态性能仿真及优化

介绍了雷达伺服系统的主要功能、组成,有关动态性能指标要求和对雷达系统性能的影响,在分析比较了传统的雷达伺服系统动态性能设计方法的基础上,结合某型雷达伺服系统的实际,介绍了其工作原理,给出了俯仰回路的控制模型,建立了相应的仿真模型,利用MATIAB的SIMULINK对其动态性能进行了仿真,并在动态性能分析的基础上,利用NCD工具箱进行了优化设计,对利用SIMULINK分析复杂控制系统有一定的借鉴意义。     

基于HDFS跟踪的雷达控制系统鲁棒性增强技术

针对传统雷达控制系统鲁棒性较差、控制效率较低的问题,基于HDFS跟踪技术研究了一种新的雷达控制系统鲁棒性增强技术。收集雷达控制系统数据,利用信息流控制语言代数形式对收集的数据进行解析处理,选择最适合进行研究的数据,并对雷达控制系统进行伺服控制,利用SQL方法,在数据传输过程中对数据进行注入操作,进而降低数据在传导中的损失率。在此基础上,在HDFS跟踪状况下完成雷达控制系统鲁棒性增强操作,多种方法并行,有效解决了雷达控制系统鲁棒性差的问题。为检测增强效果,设定对比实验,结果表明,基于HDFS跟踪的雷达控制系统鲁棒性增强技术的系统鲁棒性较强,控制效率提高了21.42%。     

红外/雷达双模导引头融合器硬件及软件实现

基于单传感器(雷达或红外)的系统存在着局限性。介绍了基于多传感器(雷达和红外)信号融合的目标识别和跟踪系统,它能利用不同传感器的数据互补和冗余。主要讨论了利用DSP处理芯片为核心的控制器的硬件设计与软件的实现。该控制器利用雷达系统与红外系统的信号对导弹进行控制。在较远距离时,该控制器利用雷达系统的信号对导引头进行控制,同时利用该信号对红外伺服系统进行控制,在较近距离时,当红外系统在控制下稳定跟踪目标后,该设备将原先的雷达系统控制信号转换为更精确的红外系统控制信号。     

经纬仪跟踪伺服系统中的动态高型控制的研究

为了在不影响系统动态特性的基础上提高传统PID控制的跟踪精度，提出采用高型控制方法设计Ⅱ型经纬仪跟踪伺服系统．根据经纬仪跟踪伺服系统的特点，采用动态高型控制方法进行动态跟踪调节，通过计算某时刻误差和误差变化率乘积的正负来确定积分环节的增减．动态高型控制方法使跟踪性能大大改善；不但提高了跟踪精度和速度，而且可适当增大积分常数而并不影响系统的稳定性，克服了传统积分作用导致积分饱和的缺点．仿真结果表明其跟踪效果和动态性能优于其他方法．     

时间最优控制理论在雷达伺服系统中的应用

在雷达伺服系统的目标角度跟踪中,需要天线视线在不同目标间进行大角度跳转,采用传统PID控制器的结果是超调量过大、转换时间过长,基于此提出了一种时间最优控制算法,结合传统PID控制器,使得天线大角度转移时,系统充分发挥了最大驱动能力,达到了跳转时快速、平稳的性能.工程应用结果表明,该控制方法提高了产品性能,优化了设计流程,同时由于可操作性强,具有很高的应用和推广价值.     

高精度伺服系统的ZPETC控制仿真研究

为满足数控伺服系统高精度和快速响应的性能要求,设计了一种新型零相位误差跟踪控制器,实现对象的零相位和单位幅值跟踪控制.分析了零相位误差跟踪控制算法的工作原理,证明了其控制效果的无差性.结合数控伺服系统的特性,介绍了控制系统的设计方法和控制过程.MATLAB仿真结果表明,系统具有更宽的输入频率带宽,更低的输入输出幅度和相位误差,输出信号可十分精确地跟踪正弦和随机输入信号.对于数控伺服系统及其它具有快速响应和高精度性能要求的系统,ZPETC具有很好的控制效果和广泛的应用前景.