基于AMESim的直驱式电液伺服舵机控制系统的建模与仿真

舵机控制系统性能的优劣直接影响飞行器的飞行姿态与轨迹控制精度。介绍了一种直驱式电液伺服舵机控制系统的工作原理和结构组成特点,并基于AMESim平台对其进行了建模和仿真分析。为了满足控制系统动态响应及位置误差的要求,提出单一神经元自适应PID控制方法。仿真结果表明:该直驱式电液伺服舵机正反向运动性能稳定、响应速度快,稳态误差较小,能够满足飞行器舵机性能指标要求。     

直驱式容积控制电液伺服系统及其发展现状

常规液压机存在能源利用率不高、系统复杂、可靠性差等问题.为了解决上述问题,先后出现了泵排量控制系统和泵转速控制系统(直驱式容积控制电液伺服系统).介绍直驱式容积控制电液伺服系统的组成、原理、特点、动态性能和控制方法,对直驱式容积控制电液伺服系统国内外研究和应用现状进行综述,并讨论这种系统的发展趋势.     

直驱式电液伺服系统PID校正复合控制器研究

直驱式电液伺服系统具有节能、成本低等优点,然而与传统电液伺服系统相比其性能较差。为提高直驱式电液伺服系统的性能,在建立泵控缸式电液位置伺服系统数学模型的基础上,提出将最优状态反馈控制与观测器预估负载干扰前馈控制相结合的复合控制策略,并用PID调节器对位置环节进行校正。Simulink仿真结果表明系统动静态性能得到大幅改善。研究成果对直驱式电液伺服系统的推广应用具有积极意义。     

直驱式液压传动系统的特点及设计要点

以日本川崎精机公司所提出的液压系统图为例将直驱式液压系统与传统液压系统进行比较,可明显看出直驱式液压系统的系统结构大为简化并节能.对构成直驱式系统的各部件进行了必要的说明,以期进一步对直驱式液压系统的理解.     

拨叉式船舶液压舵机系统的仿真研究

以拨叉式船舶液压舵机系统为研究对象,采用EASY5软件建立仿真模型.通过对该系统的仿真分析,得到与实际相同的仿真效果,为舵机研究分析提供了新方法.该仿真方法可以推广到其他的船舶液压舵机当中,可作为液压舵机仿真的一种新途径.     

基于直驱式容积控制作动器的倾摆系统研究

针对摆式列车倾摆系统要求,依据直驱式容积控制电液伺服技术完成了作动器结构设计,建立基于AMESim系统的仿真模型.运用ADAMS动力学软件建立摆式列车倾摆机构的动力学模型,并与AMESim软件实现了对倾摆作动系统的联合仿真.仿真结果表明,采用直驱式容积控制电液伺服作动器的倾摆作动系统性能良好,达到了预定的性能指标,能满足摆式列车的要求.     

电液舵机的自抗扰控制研究

采用直驱式伺服控制的新型电液舵机系统具有非线性程度高、系统响应慢、易受外界负载扰动等特点,传统的PID控制器无法抵抗外界干扰,对大工况变化系统控制效果差。为克服传统PID控制器的缺点,安排了过渡过程,调节系统的响应过程以降低启停过程的动态冲击;设计了扩张状态观测器,估计补偿系统受到的水动力负载扰动;进一步通过非线性控制规律组合,增加了系统的响应速度。基于设计的自抗扰控制器,采用了MATLAB和AMESim联合仿真研究。与传统的PID控制器对比:运用自抗扰控制的电液舵机,启停过程更加平滑;控制特性不变的情况下系统抗干扰能力得到进一步增强。     

预弯机液压控制系统优化设计

简单介绍预弯机工艺过程和液压系统控制原理,指出预弯机控制系统定位和同步精度不足导致能耗浪费较大。分析解决问题的方法并提出改进方案,改进系统控制结构组成以提高左、右机油缸位置同步控制精度;采用直驱式容积控制液压系统,以提高控制系统的能源利用率。研究表明改进后的系统控制性能和能耗都有很好的改善。     

基于AMESim-Simulink联合仿真的直驱式容积控制系统模糊PID控制研究

为解决直驱式容积控制系统存在的电机时滞性、系统死区非线性、系统超调以及差动缸转换过程压力波动等问题,搭建了基于AMESim和Simulink联合仿真的直驱式容积控制压力模型。设计了模糊PID控制器,与传统PID控制进行对比,通过仿真研究,验证了模糊PID控制器在解决电机时滞、系统死区影响、系统超调以及压力波动等问题中具有良好的效果。     

基于蚁群遗传算法的舵机系统辨识

舵机作为船用重要部件,是保证船舶航行和操控的关键。目前液压舵机在大型船舶上被广泛使用,大型液压舵机在应用是面临着参数非线性,负载变化等问题,因此,在设计过程中需要对其进行系统参数辨识,以精准设计其控制器。为实现高效设计控制器,应用蚁群算法对其进行系统参数辨识,首先根据数学模型推导舵机的动态方程,然后对一组信号的输出和系统响应进行辨识,根据辨识的结果对控制模型进行修正。为大型液压舵机的设计和系统参数辨识奠定了理论基础。     

基于自抗扰控制的直驱电液伺服系统仿真研究

针对直驱式电液伺服系统中存在的非线性特性和外部扰动导致系统流量供给不平衡问题,基于自抗扰控制理论,提出一种基于三阶线性自抗扰控制的液压缸位置控制方法,实现直驱式电液伺服系统电机转速与液压缸位置的闭环控制。同时针对传统系统建模不精确导致控制效果差的问题,在理论分析的基础上,结合电液伺服系统的性能和实际工况,基于AMESim建立直驱式伺服液压系统仿真模型。通过建立AMESim和Simulink的联合仿真模型,验证控制器的有效性。结果表明：该控制策略可以有效消除由于流量供给不平衡导致的液压缸在换向运动时出现位移波动,液压缸位移的平均绝对百分比误差为4.4%,较好地实现位置跟踪。在外负载扰动的情况下,系统具有较强的抗干扰能力,从而保证系统的稳定性。     

速度反向区间的非线性摩擦分析与控制补偿研究

在分析数控系统中X-Y工作台静摩擦力特性的基础上,针对影响速度过零点运动性能的非线性摩擦因素,提出一种便于工程应用的摩擦力补偿方法。为了辨别速度反向时的摩擦力状态,导出了用加速度表示的零速度时间间隔表达式,给出了用零速度时间间隔辨别摩擦力状态的摩擦补偿模型。实验结果表明,所提出的摩擦补偿模型有效地改善了系统极低速和速度反向运动区域的控制性能。     

自适应摩擦估计和补偿的电机伺服系统高精度控制研究

永磁直驱伺服系统由于摩擦和扰动的存在,无法满足系统准确性和稳定性的要求。基于此,提出采用自适应摩擦估计方法实现对系统中摩擦力矩的观测和补偿。建立直驱伺服系统的数学模型,设计了用于摩擦估计的状态观测器模型,为获得摩擦力矩的一般表达形式,通过多项式拟合,结合观测器输出,建立新的摩擦力矩一般表达式;提出一种具有补偿反馈和比例积分反馈的控制律,通过试验验证了提出的摩擦估计模型的有效性;开展了弦信号和方波信号下的试验研究。结果表明:所设计的控制方法能够有效估计和补偿系统中摩擦力,实现转角位置的高精度跟踪。     

双缸电液提升系统的鲁棒输出反馈同步控制

为了提高双缸液压驱动提升系统实际运行中的鲁棒稳定性和动静态性能,提出一种基于降维观测器的鲁棒输出反馈同步控制方案。该控制器是针对液压缸速度不易测量和实际系统的完整非线性动态模型存在参数不确定性及外部干扰的情况而设计的,并且为了提高两缸的同步性,同步控制设计中引入两活塞位置同步误差的积分作为系统的附加状态。所设计的控制器理论上保证了无速度传感器的提升系统即使在非线性外界扰动和参数不确定的影响下,液压活塞的位置、速度误差和同步误差仍均能渐近收敛到零。仿真研究结果也验证了所提出的控制方法的有效性。     

含谐波传动关节的机械臂在不同转速下的时频特性

谐波传动关节是机械臂的典型关节。为了研究含谐波传动关节的机械臂在不同转速情况下的时频特性,针对空间机械臂,研制机械臂实验装置和测试系统,测试不同转速下机械臂关节处和末端标志点的振动响应。采用小波变换信号分析方法并借助于机械臂的驱动模型,分析谐波传动关节处的摩擦和运动滞后等非线性因素对不同转速下机械臂振动特性的影响。基于非线性响应面法和非线性规划方法分析了机械臂的最佳运行工况。研究结果表明:小波变换能够较好地表征机械臂在不同转速下关节和末端振动响应的时频特征;随着转速的增大,机械臂关节处和末端标志点的振动能量向低频段集中,振动能量峰值及其对应的频率呈现出局部波动;机械臂末端的振动特性明显弱于关节,关节处的振动频率更为丰富,但关节的振动能量峰值衰减比末端要快;且机械臂处于低速运行工况时可以保持较好的动力学性能。研究结果揭示了含谐波传动关节的机械臂在不同转速下的时频特性,对含谐波关节的机械臂设计及其振动抑制技术水平的提高具有重要意义。     

基于电液混合储能的电动挖掘机动臂节能驱动系统特性

针对现有电动挖掘机采用多路阀控系统造成的能效低、电池装机容量大但续航时间短的不足，提出一种变转速双泵直驱液压挖掘机动臂系统。根据动臂液压缸面积比配置2个液压泵/马达的排量，实现液压缸流量匹配。采用液压蓄能器与超级电容进行混合储能，实现动臂重力势能的高效回收利用。分析所提系统的工作原理，建立系统多学科联合仿真模型，分析系统运行特性和能量特性。研究结果表明：双泵直驱挖掘机动臂系统具有良好的控制特性，速度运行平稳。与传统多路阀控系统相比，双泵直驱挖掘机动臂系统节能效果显著，蓄能器压力21 MPa和容积180 L时，重力势能回收效率为79.9%,能耗减少64.6%,进一步通过合理选择蓄能器工作压力和容积，双泵直驱动臂系统的节能效果可达到65%以上。     

移动焊接机器人控制性能评价方法研究

基于混合动力系统驱动的移动焊接机器人是一个非线性、强耦合的系统,控制参数对系统的控制特性影响不同。为改善焊接机器人的控制特性,有必要研究一种评价方法来探讨这些参数对系统的影响程度。系统的控制特性主要包括:运行性、稳定性、经济性三个方面。基于移动焊接机器人的综合评价模型,提出了一种结合信息熵和核主成分分析的综合评价方法。信息熵用于建立系统综合评价模型,核主成分分析将数据线性化并降维。研究结果表明,在保证系统信息量的基础上,该方法能较好地处理和分析各种指标数据之间的非线性关系,减少综合评价分析处理的数据量,可以提高焊接机器人系统的综合评价效率。     

一种高效直驱液压角度位置伺服控制系统的研究和实现

基于直驱式液压系统效率高和阀控伺服系统精度高的特点,提出一种位置二元控制方法。第一元是步进电机控制的数字阀和执行器通过机械负反馈形成的闭环伺服系统,实现系统的精准位置控制。第二元是伺服同步电机控制的柱塞泵系统,系统根据执行器能够达到的加/减速度、最高速度、作动器的排量、初始位置和目标位置的差等,计算所需流量和具体执行的步进电机控制的节奏,并以步进电机控制节奏为参考,控制同步伺服电机速度及相应泵的流量,实现大偏差时高效运行;在小偏差时,在蓄能器压力达到设定值时,关闭同步伺服电机和柱塞泵,避免泵在低速低效区运行,用蓄能器储存的能量实现位置伺服纠偏控制;系统一直运行在高效状态。二元控制方法具有两个简洁的机制实现精准和高效目标,实用可靠。     

外骨骼关节驱动神经网络滑模力控制研究

针对外骨骼机器人液压关节驱动系统具有非线性、不确定参数等特性,导致模型建立困难以及负重时具有不确定冲击扰动的问题,基于电液伺服系统特性,建立以弹性负载为外负载的数学模型。为减小负重时冲击扰动项对力控制的影响,引入径向基（RBF）神经网络对干扰项进行补偿,设计一种基于RBF神经网络的滑模力控制策略。通过系统特性进一步验证模型可行性,并进行仿真试验对比。结果表明：与PID控制相比,所设计的控制策略响应时间更短,跟踪误差缩小70.5%;变负载工况下,所设计的控制策略具有更好的跟随能力、更强的鲁棒性能,可以满足外骨骼机器人关节驱动的力控制要求。平台试验进一步验证了仿真结果的有效性与正确性。