为提高轮廓加工精度采用DOB和ZPETC的直线伺服鲁棒跟踪控制

为了提高轮廓加工精度,本文针对高精度直线伺服系统,提出了一种将零相位误差跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器(DOB)相结合的鲁棒跟踪控制策略.ZPETC作为前馈跟踪控制器,保证了快速性,使系统实现准确跟踪;基于DOB的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性等,保证了系统的强鲁棒性能.仿真结果表明了所提出的控制方案是有效的,既能实现完好跟踪,又有较强的鲁棒性能.从而有效地减小了轮廓误差,提高了轮廓加工精度.     

永磁直线同步伺服电机的零相位二自由度H∞鲁棒跟踪控制

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动伺服系统,提出了一种将零相位误差跟踪控制(ZPETC)和H∞鲁棒控制相结合的二自由度鲁棒跟踪控制策略,以解决系统的快速而精确的跟踪控制性能和抗扰性能之间的矛盾.零相位误差跟踪控制器保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而H∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性能.仿真结果表明,该方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时,对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.     

提高轮廓加工精度的零相位自适应鲁棒交叉耦合控制

为了提高精密工件的轮廓加工精度,在分析系统轮廓误差的基础上,提出将零相位误差跟踪控制器(ZPETC)、自适应鲁棒控制器(ARC)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的控制策略.ZPETC提高了系统动态响应的快速性,消除系统的滞后现象,实现了准确跟踪;ARC克服了系统参数变化、负载扰动等不确定性,增强了系统的品质鲁棒性和稳定性;CCC用以消除各轴之间的增益参数和动态参数不匹配的影响,以进一步减小轮廓误差.仿真结果表明所提出的控制方案十分有效,为提高零件的轮廓加工精度指供了一种新方法.     

数控机床多轴联动伺服电机的零相位自适应鲁棒交叉耦合控制

针对驱动多轴联动数控机床的高精度永磁同步电动机交流伺服系统,在分析系统轮廓误差的基础上,提出了将零相位误差跟踪控制器(zero phase error tracking controller,ZPETC)、自适应鲁棒控制器(adaptive robust controller,ARC)和交叉耦合控制器(cross coupling controller,CCC)相结合的控制策略。ZPETC提高了系统动态响应的快速性,消除系统的滞后现象,实现准确跟踪;ARC克服系统参数变化、负载扰动等不确定性因素的影响,增强系统的品质鲁棒性和稳定性;CCC用以消除各轴之间的增益参数和动态参数不匹配的影响。仿真分析表明所提出的控制方案有效,可提高零件的轮廓加工精度。     

基于ZPETC和DOB的直线伺服系统鲁棒控制

针对直线伺服系统存在的外部扰动、系统参数变化、非线性摩擦等不确定性因素对系统的影响,采用零相位误差跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器(DOB)相结合的控制方法,通过ZPETC来提高系统的快速跟踪能力,减小系统的跟踪误差,并通过DOB来减小不确定因素对系统的影响,从而同时提高系统的定位精度和鲁棒性。仿真结果表明,所提出的控制方案是有效的,能够明显提高系统的定位精度。     

直驱XY平台伺服系统预测鲁棒轮廓跟踪控制

针对直驱XY平台中存在的系统延迟、系统参数变化、负载扰动等不确定性以及双轴之间的耦合问题,依据模型预测控制、扰动观测及解耦控制理论,设计了一种模型预测控制器(MPC)、扰动观测器(DOB)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的预测鲁棒跟踪控制系统。利用MPC作为前馈控制器,通过模型预测、滚动优化和反馈校正提高系统的跟踪性能。DOB能够抑制系统参数变化及外部负载扰动等不确定性因素对系统伺服性能的影响,提高系统的鲁棒性能。CCC能补偿两轴间的轮廓误差,解决双轴间的耦合问题。仿真实验结果表明,所设计的系统具有快速准确的跟踪性能和较强的鲁棒性能。所提出的控制方案能够有效地减小系统的轮廓误差,进而提高了XY平台的轮廓加工精确度。     

永磁直线同步电动机的变增益零相位H_∞鲁棒跟踪控制

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动伺服系统,提出了一种将变增益零相位误差跟踪控制(VGZPETC)和H∞鲁棒控制相结合的鲁棒跟踪控制策略,以解决系统的快速而精确的跟踪性能和抗扰性能之间的矛盾。变增益零相位误差跟踪控制器克服了建模误差、系统参数变化等的影响,保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而H∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性能。仿真结果表明,该方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时,对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性。     

直驱XY平台的改进鲁棒迭代学习控制

针对直驱XY平台鲁棒交叉耦合控制(CCC)系统设计迭代学习控制(ILC)器的过程中,没有充分利用鲁棒控制的有效信息增加设计复杂性的问题。依据具有不确定性的直驱系统的鲁棒性条件和ILC在L2范数下的鲁棒收敛条件,采用鲁棒反馈控制器设计过程中保证鲁棒性的性能加权函数设计单轴ILC控制器。建立了直驱XY平台的系统模型,并给出了单轴鲁棒ILC控制器和双轴变增益CCC控制器的设计方法。与传统ILC控制器设计相比,所提出的方法不但保证了系统的鲁棒性,而且简化了设计过程,提高了系统的跟踪精度和轮廓精度。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于ZPETC和DOB的直线伺服系统鲁棒控制

针对直线伺服系统存在的外部扰动、系统参数变化、非线性摩擦等不确定性因素对系统的影响,采用零相位误差跟踪控制器（ZPETC）和干扰观测器（DOB）相结合的控制方法,通过ZPETC来提高系统的快速跟踪能力,减小系统的跟踪误差,并通过DOB来减小不确定因素对系统的影响,从而同时提高系统的定位精度和鲁棒性。仿真结果表明,所提出的控制方案是有效的,能够明显提高系统的定位精度。     

永磁直线同步电动机的滑模-H∞鲁棒跟踪控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)提出一种将H∞鲁棒控制和滑模控制相结合的鲁棒跟踪控制策略,该控制策略解决了系统跟踪性能和鲁棒性能之间的矛盾.滑模跟踪控制器保证了快速跟踪性能;而H∞抗扰控制器抑制了闭环系统内的各种扰动(包括负载及直线电机的端部效应力等),并可以削弱滑模控制的抖振对系统稳态性能的影响.仿真结果表明该方案在保证伺服系统的快速性同时,对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.     

基于ZPETC和DOB的直线电机控制器设计及实验研究

直线电机驱动系统中存在的负载力、推力波动等干扰力会引起跟踪误差,降低跟踪性能。干扰观测器可以检测并补偿干扰,有效提高系统的抗干扰能力。前馈控制是提高系统跟踪性能的另一种方法,如直接速度前馈控制器、零相位误差跟踪控制器等,可以有效提高系统带宽,提高跟踪性能。针对直线电机在抗干扰和动态响应方面的需求,该文研究了基于直接速度前馈控制器、零相位跟踪控制器和干扰观测器的直线电机控制方法,并给出实验结果。结果表明,直接速度前馈控制器使位置能够无静地跟踪二阶指令输入,干扰观测器能够很好的抑制推力波动和摩擦力的影响,零相位跟踪控制器能够提高位置闭环带宽,改善跟踪性能,特别是三阶位置指令输入时的跟踪误差。     

基于ZPETC的雕刻机直流伺服控制系统设计

为了提高雕刻机的跟踪性能和定位精度,首先在其直流伺服控制系统设计中引入了零相位误差跟踪控制器(ZPETC),然后通过模型辨识、非线性摩擦补偿及干扰观测器的设计来克服ZPETC存在的对系统建模误差和参数变化敏感的缺点.在上述研究的基础上,采用TMS320F2812型DSP设计了集ZPETC、PD控制器及干扰观测器一体的直流伺服控制系统.实验结果表明:为雕刻机所设计的直流伺服控制系统不仅有鲁棒性强和抗干扰能力强的特点,而且有良好的定位精度和跟踪性能.     

ZPETC及其在Buck变换器中的应用研究

将零相位误差跟踪控制（ZPETC）引入到Buck变换器中,详细介绍了ZPETC的工作原理,给出了Buck变换器的数学模型,并对ZPETC控制的Buck变换器进行了仿真,仿真结果表明ZPETC能够实现无相位差和无超调的快速跟踪控制效果。该控制算法易于实现,改进了传统PID的控制性能,具有一定的理论意义和应用前景。     

最优ZPETC在伺服跟踪控制中的应用

在高精度伺服跟踪控制系统中,为使输出响应能完整地跟踪输入指令,不仅要求输出与输入之间的相位差为零,而且要求幅值一致,通常采用零相位误差跟踪控制器(ZPETC)作为前馈控制器,补偿相位误差,但同时也产生一定的增益误差.为改善ZPETC的跟踪性能,提出一种基于L2-范数优化的前馈控制器设计方案,通过选取适当的目标函数,设计出最优的数字前置滤波器(DPF),将此滤波器与ZPETC串联构造成最优ZPETC.仿真结果表明,该优化设计方案,既补偿了相位误差,又改善了系统的增益性能,从而提高了系统的跟踪精度.     

基于数字前置滤波器优化的ZPETC在伺服跟踪控制中的应用

在高精度伺服跟踪控制系统中,为使输出响应能完整地跟踪输入指令,不仅要求输出与输入之间的相位差为零,而且要求幅值一致,通常采用零相位误差跟踪控制器(ZPETC)作为前馈控制器,补偿相位误差,但同时也产生一定的增益误差.为改善ZPETC的跟踪性能,提出一种基于L2-范数优化的前馈控制器设计方案,通过选取适当的目标函数,设计出最优的数字前置滤波器(DPF),将此滤波器与ZPETC串联构造成新的前馈控制器.仿真结果表明,采用本文提出的优化设计方案,既补偿了相位误差,又改善了系统的增益性能,从而提高了系统的跟踪精度.     

基于优化设计数字滤波器在伺服控制中的应用

在高精确度伺服控制系统中,通常采用零相位误差跟踪控制器ZPETC作为前馈控制器, 作用是消除相位误差,但是,ZPETC将导致很小的增益误差。为改善ZPETC对系统增益性能的影响,提出一种基于L2范数优化的前馈控制器设计方案,通过选取适当的目标函数,设计出最优的数字滤波器,将此滤波器与ZPETC串联组成新的前馈控制器,此滤波器在保持系统零相位误差的同时,改善了系统的增益性能,提高了跟踪精确度。仿真实验表明,采用本文提出的优化设计方案,能够改善系统的运动跟踪性能。     

基于干扰观测器的永磁同步电机反推控制

为了改善具有外源干扰的永磁同步电机(PMSM)调速控制系统的控制性能,提出一种基于干扰观测器(DOB)的反推控制调速策略。首先,针对来源于PMSM外部系统的动态干扰,利用系统状态变量构造干扰观测器,并将DOB的设计问题转化为系统误差的稳定性问题。进一步,利用Lyapunov稳定性理论,获得基于线性矩阵不等式的DOB的存在条件和设计方法。然后,在实时重构干扰的基础上,采用反推控制策略来设计系统控制器,使系统具有良好的速度跟踪、转矩响应及干扰抑制性能。最后,通过MATLAB仿真和实验验证系统设计的有效性和可行性。仿真表明,与传统的PID控制相比,当设定速度为500 r/min,电机起动直至达到稳定状态所需时间从0.025缩短为0.008 s,转速峰值从680降至520 r/min。通过基于DSP的实验测试表明,所提出的控制策略响应速度快、超调量小、稳态精度高,能够有效抑制负载干扰。     

Force‐based disturbance observer for dynamic force control and a position/force hybrid controller

In this paper, a force‐based disturbance observer (DOB) and a force control system using the DOB are proposed to obtain dynamic force control under disturbances. A DOB can reduce the effect of disturbances and modeling errors on robots. In a conventional DOB, an acceleration response is fed back to a reference, enabling highly precise position control. In other words, the effect of disturbances is decreased by emphasizing the effect of inertial forces. When a force controller is implemented, however, inertial forces are regarded as disturbances respect to a force response. Because inertial forces increase according to the acceleration, conventional DOBs are not suitable for dynamic force control. In the proposed DOB, a force response is fed back instead of an acceleration response. The effect of inertial forces is thus eliminated, thereby improving the tracking performance of force controllers. The proposed method's validity is verified analytically and experimentally. A position/force hybrid controller and a DOB for the controller are proposed as an extension of the proposed DOB. A bilateral controller is given as an example of the proposed hybrid controller, and its tracking performance is demonstrated experimentally. © 2013 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.