气动加载系统的模糊自适应逆控制方法

气动加载系统具有时滞、时变及强非线性等特点,为了提高气动加载系统的控制精度,克服传统PI控制算法的不足,提出一种气动压力加载系统的模糊自适应逆控制方案。利用模糊辨识理论对气动加载系统进行离线逆建模,得到初始逆模型,并将该初始逆模型作为初始控制器,控制气动加载系统的输出压力,运行过程中采用最小方均根(Least mean square,LMS)滤波算法在线修正控制器的参数。基于VC++6.0软件开发平台设计系统实时控制程序,在一套电气比例压力阀控气动加载系统上进行试验研究。通过与PI控制算法、模糊比例积分微分(Proportion,integration,differentiation,PID)控制算法进行比较,结果表明设计的气动加载系统控制器控制精度高、响应速度快、抗扰能力强。     

双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的仿真和实验研究

提出了一种基于双变量直驱泵控马达容积控制的绞车型升沉补偿系统。建立双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的模型试验台,介绍其测控系统的组成和控制器的设计。利用AMESim软件建立试验台的仿真模型。通过仿真和模拟试验研究,对双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的补偿效果进行分析。仿真和试验结果表明,该型补偿系统可以实现升沉补偿的功能。证明了该绞车型补偿系统的方案是可行的,但是补偿性能还有待进一步提高。     

直驱泵控电液位置伺服系统模糊PID控制仿真与实验研究

直驱泵控系统由于控制精度高、响应快、功率损失小、结构紧凑等优点,逐渐被应用到工业控制领域。但直驱泵控系统存在严重饱和与死区、非线性、时变性、时滞性的特点。我们采用模糊PID控制方法进行直驱泵控系统的液压缸位置伺服控制。在AMESim/Simulink联合仿真平台上建立了系统模型与模糊PID控制算法,采用PID和模糊PID控制算法对系统阶跃响应和正弦跟踪性能进行了仿真研究,同时在自行开发的电液比例伺服控制实验台上对PID和模糊PID控制性能进行了实验研究。结果表明：自适应模糊PID控制能大大改善了PID控制的性能,具有响应速度快、上升时间短、无滞与超调小的特点。     

基于BP神经网络PID算法的燃气热水器恒温控制系统

由于燃气热水器恒温控制系统的数学模型很难建立,针对这一难题提出基于BP神经网络的PID控制算法,此算法不依赖于被控对象精确的数学模型,主要是通过控制燃气流量即控制燃气调节阀来达到恒定温度的目的.着重讨论基于BP神经网络PID算法设计过程、原理及参数的整定方法.试验表明:该控制系统精度高,稳定性良好,气阀跟踪及时快速,充分验证了该设计的有效性和实用价值.     

数控回转刀架直驱力矩电机驱动系统设计

对机床数控回转刀架用直驱力矩电机驱动系统的软硬件设计进行了研究。直驱永磁同步电机(PMSM)采用矢量控制策略,在MATLAB/Simulink环境下建立基于id=0控制策略的位置、转速和电流三闭环永磁同步电机调速系统的仿真模型,并进行仿真实验分析。以刀塔用0.75KW的三相永磁同步直驱力矩电机为研究对象,设计了基于位置传感器矢量控制算法的直驱力矩电机驱动器,通过硬件测试和软硬件整合完成直驱力矩电机驱动器样机的设计。测试结果证明该直驱力矩电机驱动系统软硬件设计合理,并且具有良好的动态性能,能够满足系统的设计要求。     

直驱式电液执行器驱动双缸系统动态特性

提出了一种采用直驱式电液执行器实现双缸同步驱动的液压系统。通过同步原理分析,提出了三种同步方案。基于AMESim仿真软件,搭建直驱式电液执行器驱动双缸系统的仿真模型,完成系统的动态特性、位置跟踪精度及同步性能分析,为直驱式电液执行器在重载工况下采用多执行元件驱动系统的应用提供了有力的理论支持。     

内模控制方法在永磁直驱潮流发电系统中的应用研究

针对永磁直驱潮流发电控制系统设计的问题,对潮流流速模型、最大功率追踪策略、永磁电机矢量控制、并网逆变器控制等方面进行了研究,提出了一种基于内模控制的转速控制算法以及一种新型的并网逆变器模型。使用内模控制器代替了机侧转速外环PI控制器,同时使用并网逆变器小信号模型设计了较准确的并网逆变器的控制参数。最后,基于上述算法和模型,在Matlab软件平台中对潮流发电系统进行了仿真,并对比了传统PI控制和内模控制下潮流发电系统的输出波形。仿真结果显示,所提出的优化控制策略能够准确控制发电机输出的有功功率、并网有功功率并且能够实现无功功率独立调节以及高功率因数并网运行。     

主被动调谐控制结构动力响应分析与试验

针对地震和风振下结构的振动控制,提出了结构主被动复合调谐控制的策略,以及采用直线电机驱动主动质量阻尼器(active mass damper,简称AMD)、中空橡胶隔震支座作为调谐质量阻尼器(tune mass damper,简称TMD)弹性单元、滑轨作为TMD支撑轨道的主被动复合调谐控制装置实现方法,进行了主被动复合调谐控制对结构动力响应控制的效果及减震机理分析,探讨了反馈响应向量对控制效果、AMD控制力和AMD位移的影响,完成了线性二次高斯算法(linear quadratic Gaussian,简称LQG)控制算法和H2/H∞控制算法时的主被动复合调谐控制结构振动台试验。研究结果表明:结构主被动复合调谐控制能有效减小结构的动力响应,改善TMD的性能;采用直线电机驱动的AMD作为主动控制装置,为防止AMD"飘移",AMD位移应作为目标向量和反馈响应;LQG控制算法总体控制效果优于H2/H∞控制算法。试验验证了提出的主被动复合调谐控制硬件系统方案的可行性,为工程应用提供了支撑。     

前馈模糊PID控制的直驱双泵控三腔缸系统

针对液压挖掘机在工作过程中大量动臂势能被浪费,提出一种复合速度前馈与模糊PID控制的直驱双泵控三腔缸系统。在MATLAB/Simulink中,建立直驱泵控差动缸系统模型,通过试验验证其正确性,在该模型基础上搭建直驱泵控三腔缸系统模型,设计速度前馈模糊PID控制器,建立挖掘机动力学模型,将所提出节能系统应用于挖掘机动臂。通过仿真,对动臂在典型挖掘工况下的运行性能及能耗特性进行分析。结果表明,相比于直驱泵控差动缸系统,所提出系统峰值功率降低25.12%和节能33.11%;同时所设计控制器将位移跟踪误差控制在3%,与传统PID、速度前馈PID相比,响应速度快、超调小、位置跟踪精度更高。     

智能阀门定位器阀位自适应控制算法研究

智能阀门定位器是智能电气调节阀的控制核心,其中的阀位控制算法是实现调节阀阀杆位置精确定位和阀门开度精确调节的关键。传统的五接点开关算法具有算法简单、响应速度快的特点,但是存在参数调整困难,无法适应不同阀芯、不同行程调节阀精确定位的控制要求。为此将传统五节点开关控制与PID控制算法相结合,研究实现了一种阀位自适应控制算法。通过系统初始化程序实现了控制参数的初始整定并在阀位控制过程中实现了PID控制参数的自适应微调。阀门定位控制试验结果表明:该阀位自适应控制算法实现了阀位的准确控制,阀位定位精度满足±1%FS的设计要求。     

基于Prandtl–Ishlinskii模型的超磁致伸缩驱动器实时磁滞补偿控制研究

针对超磁致伸缩驱动器(GMA)存在复杂的磁滞非线性易降低系统性能,导致系统不稳定的问题,建立了可以精确描述磁滞现象的模型并提出了合适的驱动控制方法。首先,基于Prandtl-Ishlinskii(PI)模型对GMA磁滞建模,并采用最小均方法(LMS)进行模型参数辨识,模型预测误差为0.037 9 μm。接着,通过对PI模型解析求逆进行实时补偿控制,从而有效减小磁滞误差,补偿控制误差为0.309 μm。实验结果证明,PI模型可以精确描述GMA磁滞现象,且具有计算简单,磁滞跟踪能力强的优点。基于该模型的实时磁滞补偿控制方法可以有效减小磁滞误差,提高GMA实时驱动定位控制精度,是实现GMA精密驱动控制的一种有效方法。     

电驱动客车制动能量回收气压调节模块研究

以电驱动客车制动能量回收系统气压调节模块中的两种阀块为研究对象进行对比研究。对电磁开关阀,建立耦合动力学模型,研究其在不同控制频率和占空比下的增减压特性,为实现气压的精确调节,提出了逻辑门限值控制算法,并验证了气压精确调节的有效性。由于电磁开关阀是非连续控制,响应时间慢,压力波动频繁,无法实现精确控制,而比例继动阀是连续控制,控制精度高。对比例继动阀,建立非线性数学模型,分析其迟滞特性、压力响应特性,设计了前馈补偿与带积分抗饱和的PI控制相结合的控制器。对两种阀进行了硬件在环试验,结果表明,相对于电磁开关阀,比例继动阀在控制效果、制动平顺性方面都有很大改善。     

阀门执行机构的PLC闭环控制方法

为了有效避免响应死区控制回路产生振动的现象,提出一种考虑响应死区的阀门执行机构PLC闭环控制方法。分析阀门执行机构的工作原理,在响应死区条件下,构建动态数学模型,通过分析调节阀门和压力之间的关系得到传递函数。同时通过将模糊滑模控制和PID控制有效集合,构建一种增量式模糊控制器,引入改进遗传算法获取智能优化控制策略,最终实现阀门执行机构PLC闭环控制。实验测试表明,所提方法具有较好的控制性能,能够对系统的超调性及时处理,并且相应的阀门开度高于20%,可以有效满足阀门执行机构PLC工作需求。     

叠堆式压电陶瓷驱动器的复合控制

提出了逆Bouc-Wen前馈控制与反馈控制相结合的复合控制算法,用于改善压电陶瓷驱动器对目标轨迹的跟踪性能。建立了压电陶瓷驱动器的Bouc-Wen迟滞动力学模型,并用粒子群算法(PSO)对该模型的参数进行识别。基于Bouc-Wen迟滞模型,提出了逆Bouc-Wen前馈补偿控制。最后,为消除迟滞模型的不确定性,引入比例积分(PI)反馈控制,并与前馈补偿控制构成复合控制算法。建立了基于dSPACE实时系统的压电陶瓷驱动实验平台,迟滞实验结果表明:压电陶瓷的迟滞误差量几乎为0,线性度高达96.5%;目标轨迹跟踪实验结果表明:复合控制算法的最大跟踪误差为0.180 5μm,均方根(RMS-Root mean square)跟踪误差为0.055 4μm,跟踪精度达到了10-8 m。相比于开环控制、前馈控制及PI反馈控制,提出的复合控制算法能够基本消除压电陶瓷的迟滞非线性,同时具有很好的轨迹跟踪性能。     

基于LabVIEW的P-Q阀性能测试

P-Q阀是一种能对执行元件的运动速度及输出压力进行控制的新型双比例控制复合节能阀。P-Q阀组成元件数量少且整体结构尺寸小,从而简化了液压控制系统,所以在各行业中的应用越来越广泛。P-Q阀的性能直接影响到工作系统的可靠性,因此有必要对其性能参数进行测试。简略介绍了P-Q阀测试原理,然后分析了其测试方法,对阀的输入压力、输出压力、输出流量等相关参数进行测试,得出其相应的性能参数及性能曲线,来判断阀的性能是否达到相关标准的要求。     

数控气动爬梯子机器人

提出了一种仿生新型气动的爬梯子消防机器人的设计方案。该方案以气动作为动力,采用单片机控制电磁阀调节气路驱动气缸有序运动,用气缸活塞的运动带动连杆机构运动,来实现机器人自动沿梯子上下爬动,配合摄像头、水枪等消防器具使用,实现高空消防救援的目地。具体分析了该机器人的结构原理、气动系统、电路控制系统的设计。它结构简单,制造成本低,性能可靠。使用表明该控制策略可行、响应快速、控制可靠。因而这种仿生机器人在很多领域有着广泛的应用前景。     

变结构PI控制器的设计及其在光电跟踪系统中的应用

为了给光电跟踪系统提供高性能的伺服控制,基于传统的PI控制器原理,结合变结构的思想,设计了一种变结构PI控制器(VSPI)。介绍了该控制器的工作原理并讨论了设计参数的选择。基于某型号光电跟踪系统,分别对采用了VSPI、抗积分饱和PI控制器(AWPI)和积分分离PI控制器(ISPI)作为位置回路控制器的伺服控制系统进行了仿真和实验。实验结果表明,采用了VSPI的光电跟踪系统基本无超调,上升时间为0.378s,稳定时间为0.488s,跟踪精度为1.26″。该系统结构简单,能实现嵌入式实时控制;与其他两种控制器相比综合性能更好,完全满足光电跟踪系统精度高、响应快的要求。     

基于改进PI模型的压电陶瓷迟滞特性补偿控制

压电陶瓷执行器的迟滞特性会降低星间激光通信精瞄系统的定位精度,对信标光的捕获以及链路的稳定性造成影响。针对这一问题,通过分析压电陶瓷执行器迟滞特性产生机理,提出一种基于PLAY迟滞算子的改进(Prandtl-Ishlinskii,PI)数学模型及其辨识方法,并利用该模型对压电陶瓷执行器迟滞特性进行前馈线性化逆补偿。并通过实验来验证数学模型和线性化的有效性,实验结果表明,通过对系统输入不同频率下等幅和减幅正弦控制信号来验证前馈逆补偿性能时,改进的模型最大拟合误差均在1%之内,通过前馈模型逆补偿的控制方法可使压电陶瓷驱动的线性度误差由5%减小到1%以内,并且改进PI模型在计算复杂度上由O(n)简化为O(1)。     

高精度张力控制器设计及补偿算法研究

针对绕线机对张力和速度较高的控制要求,提出了一种高精度张力解耦控制算法。在详细分析系统数学模型的基础上,将系统解耦为开卷辊恒张力控制和复卷辊恒速度控制。该算法将参考速度预测算法、前馈扰动补偿算法、张力反馈控制算法有机结合起来,实现了对张力和速度的高性能控制。通过构建以绕线机为对象的实验平台,对传统的张力反馈控制算法和所提出的控制算法分别进行实验。实验结果表明:该控制策略能有效地抑制卷径变化对张力和速度的影响,实现张力和速度的稳定控制。
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调速阀外控恒压结构优化设计及仿真分析

传统调速阀利用压力补偿作用来保持其节流口前后的压差不受负载变化的影响,进而稳定流量,然而其压差受到补偿弹簧压缩量的影响并非绝对的恒定值,对于速度控制精度要求高的场合,传统调速阀的性能就无法满足其要求。鉴于此,设计了一种外控恒压调速阀,对阀的动态特性进行了分析,推导建立了系统的数学模型,利用AMESim仿真软件建立了仿真模型,对比分析了两种阀控液压回路流量稳定特性。仿真结果表明,外控恒压调速阀对系统流量稳定性的提升有显著作用。