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电动缸举升伺服机构动力学建模与参数辨识
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作者 万子平 范世珣 +3 位作者 马丽莎 陈宁 任广安 范大鹏 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1396-1407,共12页
针对电动缸举升伺服机构动力学参数辨识困难的问题,本文提出了一种限定记忆区间的循环最小二乘辨识法,用于机构全行程内非线性模型、扰动参数的辨识拟合.首先,分析了机构完整模型的非线性参数成因,并提出了相应的简化模型;然后,分析了... 针对电动缸举升伺服机构动力学参数辨识困难的问题,本文提出了一种限定记忆区间的循环最小二乘辨识法,用于机构全行程内非线性模型、扰动参数的辨识拟合.首先,分析了机构完整模型的非线性参数成因,并提出了相应的简化模型;然后,分析了最小二乘法在平均位姿下的参数近似辨识特性,并提出了限定记忆区间的循环最小二乘法;最后,通过构造输入输出信号和选择辨识伺服环路,使得辨识过程不会超过机构的行程范围.实验结果表明:所提辨识法使得正弦速度和位移响应均方根误差相比最小二乘法分别下降了59.3%和84.2%.所提辨识法可给电动缸举升伺服机构的高精度动力学建模,控制器结合观测器的复合控制策略的实现提供参考. 展开更多
关键词 电动缸举升机构 正交投影定理 记忆区间 循环最小二乘法
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超声电机速度与位置的高精度控制 被引量:3
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作者 陈宁 郑杰基 +2 位作者 范世珣 李华峰 范大鹏 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期790-799,共10页
由于超声电机压电材料、摩擦材料、接触界面的非线性,速度平稳性和位置控制精度不高,这在一定程度上制约了它在高端精密装备中的应用。本文介绍了一种实现超声电机速度、位置高精度控制的方法。从连续运动与步进运动两个维度分析了超声... 由于超声电机压电材料、摩擦材料、接触界面的非线性,速度平稳性和位置控制精度不高,这在一定程度上制约了它在高端精密装备中的应用。本文介绍了一种实现超声电机速度、位置高精度控制的方法。从连续运动与步进运动两个维度分析了超声电机的速度调控机理,阐明了速度波动的误差来源,建立了以幅值、频率为输入量,融合稳态环节与动态环节的速度模型。为了准确预测步进位移量,建立并辨识了启动-关断两段式二阶速度模型;接着采用双环复合控制算法实现了高平稳性速度控制,并通过驱动参数优化实现了电机的高分辨率位置控制。最后,运用分段逼近策略实现了高精度定位。实验结果表明,在速度控制方面,采用双环复合方法控制的速度平稳性为0.44%,相比单速度环的控制效果提升了一倍;在位置控制方面,超声电机的开环位置分辨率达到了0.375μrad,定位精度达到了1.7μrad。本文提出的控制方法综合了不同参数及不同环路的调控特点,有效提高了超声电机的速度与位置控制精度,为超声电机在精密装备中的拓展应用奠定了基础。 展开更多
关键词 超声电机 速度平稳性 微步进特性 定位精度
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精密转台S曲线轨迹规划及高精度控制 被引量:15
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作者 祁超 谢馨 +2 位作者 陈凌宇 范世珣 范大鹏 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期2971-2981,共11页
为提升精密转台的轨迹运动精度,本文从轨迹规划和运动控制两个方面对传统控制算法进行了改进。轨迹规划方面,推导了S曲线轨迹规划方程,并结合转台动力学约束条件给出了轨迹规划参数的取值方法,从而为运动控制算法提供了满足动力学要求... 为提升精密转台的轨迹运动精度,本文从轨迹规划和运动控制两个方面对传统控制算法进行了改进。轨迹规划方面,推导了S曲线轨迹规划方程,并结合转台动力学约束条件给出了轨迹规划参数的取值方法,从而为运动控制算法提供了满足动力学要求的轨迹指令;运动控制方面,在传统双闭环反馈控制基础上增加了DOB扰动补偿和前馈补偿,以此改善转台的伺服性能,提升转台的运动精度。在详细说明了轨迹规划算法和运动控制算法的设计过程后,对两部分算法进行综合,给出了具体实现步骤,并以谐波转台和RV转台为实验对象进行了多组算法性能测试。实验结果表明:相比于传统控制方法,采用本文提出的方法能够使转台动态精度提升99.6%,稳态精度提升99.75%,从而证实了该算法对运动精度提升的有效性。 展开更多
关键词 精密转台 运动精度 S曲线轨迹规划 动力学约束 扰动观测器 前馈补偿
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光电稳定平台伺服机构低速及稳定性能控制方法研究 被引量:10
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作者 祁超 范世珣 +3 位作者 谢馨 陈宁 范大鹏 江献良 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期1873-1882,共10页
由于光电稳定平台伺服机构中不可避免地存在转矩扰动,传统控制方法难以对其补偿达到满意性能,针对此问题,提出一种状态扩展Kalman滤波算法。结合前馈控制提升伺服带宽,实现伺服机构低速平稳性和稳定精度的优化;为验证该算法的有效性,对... 由于光电稳定平台伺服机构中不可避免地存在转矩扰动,传统控制方法难以对其补偿达到满意性能,针对此问题,提出一种状态扩展Kalman滤波算法。结合前馈控制提升伺服带宽,实现伺服机构低速平稳性和稳定精度的优化;为验证该算法的有效性,对采用直驱、谐波传动以及摆线针轮行星传动的光电伺服机构开展了多组控制性能实验对比。实验结果表明,相比于传统控制方法,所提控制算法能够更为有效地补偿转矩扰动,显著提升光电伺服机构的低速平稳性及稳定性能。 展开更多
关键词 光电伺服机构 KALMAN滤波 扰动补偿 前馈控制 低速平稳性 稳定精度
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超声电机多参量高精度测控系统的研制 被引量:3
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作者 陈宁 郑杰基 +3 位作者 焦西凯 范世珣 陈虎城 范大鹏 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期759-770,共12页
为了克服传统超声电机测控系统参数调控不灵活、特性测试分析不全面、控制算法效率低等问题,本文介绍了一种能对超声电机主要机电参数进行测量和控制的实验系统。依据超声电机参数特点与输入输出特性提出了测控系统总体方案。针对变预... 为了克服传统超声电机测控系统参数调控不灵活、特性测试分析不全面、控制算法效率低等问题,本文介绍了一种能对超声电机主要机电参数进行测量和控制的实验系统。依据超声电机参数特点与输入输出特性提出了测控系统总体方案。针对变预压力特性与温度特性难以快速获取的问题,设计了以电动缸为出力源的预压力施加装置和以薄膜热电阻为敏感源的界面温度采集装置;针对高频激励信号难以灵活产生和实时采集的困难,设计了多参数可调的驱动与采集电路;针对电机特性测控低效、过程不够规范的问题,形成了标准化测控流程,尤其是提出了能够精细化分析瞬态特性的同步采集和控制流程。测试结果表明,本系统覆盖了超声电机主要的8项控制参数与13项状态参数,能够实现控制参数的在线精确调控与状态参数的快速测量,测试效率较传统的超声电机测控系统提高了30%,为超声电机的动力学建模、特性评估及运动控制算法研究提供了较为完善的测控手段。 展开更多
关键词 超声电机 测控系统 多参量 标准化流程
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Robust tracking control for micro machine tools with load uncertainties 被引量:2
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作者 fan shi-xun fan Da-peng +1 位作者 HONG Hua-jie ZHANG Zhi-yong 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第1期117-127,共11页
The quality of the micro-mechanical machining outcome depends significantly on the tracking performance of the miniaturized linear motor drive precision stage. The tracking behavior of a direct drive design is prone t... The quality of the micro-mechanical machining outcome depends significantly on the tracking performance of the miniaturized linear motor drive precision stage. The tracking behavior of a direct drive design is prone to uncertainties such as model parameter variations and disturbances. Robust optimal tracking controller design for this kind of precision stages with mass and damping ratio uncertainties was researched. The mass and damping ratio uncertainties were modeled as the structured parametric uncertainty model. An identification method for obtaining the parametric uncertainties was developed by using unbiased least square technique. The instantaneous frequency bandwidth of the external disturbance signals was analyzed by using short time Fourier transform technique. A two loop tracking control strategy that combines the p-synthesis and the disturbance observer (DOB) techniques was proposed. The p-synthesis technique was used to design robust optimal controllers based on structured uncertainty models. By complementing the/z controller, the DOB was applied to further improving the disturbance rejection performance. To evaluate the positioning performance of the proposed control strategy, the comparative experiments were conducted on a prototype micro milling machine among four control schemes: the proposed two-loop tracking control, the single loop μ control, the PID control and the PID with DOB control. The disturbance rejection performances, the root mean square (RMS) tracking errors and the performance robustness of different control schemes were studied. The results reveal that the proposed control scheme has the best positioning performance. It reduces the maximal errors caused by disturbance forces such as friction force by 60% and the RMS errors by 63.4% compared with the PID control. Compared to PID with DOB control, it reduces the RMS errors by 29.6%. 展开更多
关键词 micro machine tools servos parametric uncertainty model instantaneous frequency disturbance observer p-synthesis
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电感传感器系统性能影响因素研究
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作者 贺志安 范世珣 +1 位作者 邢立华 陈宁 《导航与控制》 2023年第5期86-95,11,共11页
电感位移传感器常用于高速高精光束定位装置等精密测量领域,为了提高电感位移传感器的性能,需要研究电感传感器灵敏度、线性度、分辨率、带宽的影响因素。针对不同电导率大小的衔铁对电感灵敏度的影响关系问题,建立了涡流效应的变压器模... 电感位移传感器常用于高速高精光束定位装置等精密测量领域,为了提高电感位移传感器的性能,需要研究电感传感器灵敏度、线性度、分辨率、带宽的影响因素。针对不同电导率大小的衔铁对电感灵敏度的影响关系问题,建立了涡流效应的变压器模型,结果表明:电导率越高的衔铁,其灵敏度越小。分析了激磁频率的选取原则,并推导了电感、电阻的分开测量计算方法。为了确定基于数字锁相放大器解调的位移分辨率与带宽的关系,建立了基于数字锁相放大器解调的测量误差模型。设计了差动电感传感器的位移检测系统,实验结果表明:在带宽为1kHz、总量程为1mm时,经过三次正反行程循环测量,灵敏度为6.888V/mm,重复性达到0.275%,位移分辨率达到26.40nm。经过三次样条平滑非线性补偿后,线性度可以达到99.93%。在相同量程与带宽内,分辨率、线性度优于部分国内外性能较好的传感器。 展开更多
关键词 变压器模型 涡流效应 分辨率 线性度
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