TWO-COORDINATE DUAL-SERVO CONTOURERROR COMPENSATION TECHNOLOGY FOR ULTRA-PRECISION MANUFACTURING

A technology of two-coordinate dual-servo(TCDS) is proposed. Using this technology which is based on error compensation, workpieces of higher contour accuracy could he turned on ultra-precision machine tool with Poor dynamic performances. The principle, constitute and operation of a TCDS system are described. Mathematical proof and experiments are achieved in addition.

基于ADRC和模型预测控制的直驱伺服阀振荡抑制研究

直驱伺服阀因构造简单、抗污染能力强、输出功率大等突出优势,逐渐扩展其应用场景。作为飞控系统的关键部件之一,电液伺服阀的特性与可靠性直接关乎飞行性能与安全。本文针对某型航空用双系统直驱伺服阀存在的阀芯振荡问题,探究基于方法的伺服阀振荡抑制策略。建立了该直驱伺服阀系统的部件级数学模型,并与突变液流力模型联合运算;设计了自抗扰控制器(ADRC)和模型预测的复合控制方法,并与传统比例积分微分(PID)控制方法进行仿真对比。结果表明,ADRC和模型预测的复合控制方法对直线电机电流的高频小范围调节可有效抵消突变液流力对阀芯运动的影响,从而为直驱伺服阀在复杂受力环境下的控制器设计提供理论参考。

基于双驱动模型的雷达伺服控制系统设计

雷达伺服系统中天线转台需要较低的转速和较大的转矩,因此使用齿轮传动系统,但齿轮传动过程中齿隙的存在会降低伺服系统的性能。为满足雷达天线转台高性能的需求,设计并制作了基于双驱动模型的雷达伺服控制系统。首先对整个双驱系统的整体方案进行设计,阐述双电机消隙的原理,并对硬件和软件进行设计。最终通过硬件平台的搭建测试,双电机驱动伺服系统比单电机驱动伺服系统的性能有明显的提升。

基于PLC控制伺服电机实现全自动同步升降重物双闭环控制系统

利用PLC较强的控制稳定性和伺服电机的闭环控制技术,针对大型重物的升降工艺要求,使用工业现场总线作为通信协议,设计一种基于PLC控制伺服电机实现全自动同步升降重物的双闭环控制系统,详细阐述了控制系统的硬件组成、组件选型及程序设计。经过多个工程应用证明,本控制系统的性能稳定、精度高、稳定性强。

新型双主轴搅拌摩擦焊设备结构可靠性研究

为了实现厚板铝合金等轻量化板材的高效高可靠连接,双主轴搅拌摩擦焊技术应运而生,但是目前适用于双主轴搅拌摩擦焊接的设备并不成熟。针对双主轴搅拌摩擦焊技术,设计了一种新型双主轴搅拌摩擦焊设备,利用ANSYS Workbench软件对所设计设备的机身和主轴进行了静力学分析,校核了机身和主轴的刚度与强度,并通过模态分析研究了设备的振动响应特性,验证了设备的结构可靠性。结果表明:在额定工况下,机身最大形变量0.55 mm,主轴安装位置形变量约0.20 mm;主轴最大形变量1.73μm,最大应变1.97×10^(-4),最大应力20.64 MPa。机身以及主轴的强度与刚度均满足双主轴搅拌摩擦焊连接工艺需求。主轴安装位置和丝杠等重要位置最大应力约20 MPa,远小于机身材料的许用应力。机身的1阶固有频率为53.58 Hz,主轴的1阶固有频率为3 387.0 Hz,避开了电机的工作频率,设备工作过程中振动稳定,不会发生共振现象。

基于矢量控制技术的伺服驱动系统

针对伺服驱动系统精度低、动态响应慢、稳定性差等问题,对双绕组永磁同步电机的矢量控制技术进行了深入的研究。优化和改进控制策略、系统硬件和软件程序。提出新的解决方案,设计伺服驱动系统。搭建试验平台,对系统进行功能和性能测试。实验结果表明:系统响应速度快、稳定性强,电机的控制精度和抗干扰能力也得到了明显提高,满足系统设计需求。

全方位移动机器人视觉伺服系统的建模与控制

考虑非完整性移动机器人存在的速度约束问题,本文研究了由3个主动偏心轮组成的全方位移动机器人视觉伺服系统。针对视觉伺服系统具有视觉可见性约束和执行器约束,提出了一种基于模型预测控制(MPC)策略的视觉伺服控制器。首先,基于主动偏心轮的全方位移动机器人的运动学方程和视觉伺服系统误差模型,对全方位移动机器人偏心方向轮滚动角速度和偏转角速度的视觉伺服误差系统进行建模。在此基础上,建立全方位移动机器人的视觉伺服预测控制策略,并采用原对偶神经网络在线求解凸优化问题。最后仿真实验表明,所设计的控制器不仅可以较好地处理约束条件,驱动移动机器人到达目标点,并且与传统预测控制方法相比更高效。

基于改进FNN-CCC的双伺服压力机同步控制策略研究

目的改善双伺服压力机同步控制策略的动态响应性能和鲁棒性,提升双伺服压力机的单轴跟踪精度和双轴同步精度,实现成形过程的高精度位置控制。方法建立双伺服压力机驱动系统数学模型,分析系统同步误差来源,结合模糊神经网络单轴控制算法,引入迭代学习律,设计一种改进模糊神经网络-交叉耦合(FNN-CCC)同步控制器。基于系统控制模型进行单轴阶跃响应特性与双轴正弦跟随特性仿真,搭建嵌入式双伺服压力机驱动系统试验平台,在偏载干扰条件下进行双轴同步控制试验,验证所提出理论的有效性。结果仿真结果表明,与模糊控制算法和BP神经网络控制算法相比,该控制器单轴控制算法的超调量分别减少了11.5%和25.5%,调节时间分别减少了48.8%和34.4%,具有更好的动态响应性能。与原控制器相比,改进后的交叉耦合同步控制器最大双轴同步误差降低了65.7%,同步控制精度有所提高。试验结果表明,与传统PID-交叉耦合控制器相比,改进的FNN-CCC控制器有更好的控制性能,在热冲压合模成形阶段,单轴跟踪误差分别减小了81.8%和75.0%,双轴同步误差减小了69.2%。结论所提出的同步控制策略在偏载干扰条件下具有较好的动态响应性能和鲁棒性,能够使同步误差快速收敛,提高了双伺服压力机驱动系统的单轴跟踪精度和双轴同步控制精度,实现了对双伺服压力机的高精度控制。

基于切换控制的双相机视觉伺服方法

针对家电产品机器视觉在线检测应用场景中基于图像的视觉伺服不能保证全局收敛和单目视觉反馈不佳的问题,提出一种基于切换控制的双相机视觉伺服方法。首先使用全局相机估计目标位姿,引导机器人运动到期望位姿附近,确保视觉伺服方法能够收敛;然后根据机器人手上相机提供的图像偏差和深度信息,以及全局相机提供的目标速度和姿态实现双相机视觉伺服控制。相对于使用单应性矩阵的位置视觉伺服和混合视觉伺服方法,该方法能够定位与跟踪无标记目标,大幅提升跟踪的精度和稳定性。实验表明,基于切换控制的双相机视觉伺服方法可将控制周期缩短至33 ms,满足传送带速度在0.17 m/s范围内的机器人可获取清晰图像,实现实时跟踪检测。

双阀气动伺服系统的LuGre摩擦模型补偿研究

由于摩擦会引起气动位置伺服系统的动态滞后,尤其是气缸活塞在换向过程中容易产生"平顶"现象,因此需要对气动系统进行摩擦补偿。但是由于气动系统本身的参数不确定性和强非线性会影响摩擦补偿的效果,同时气缸两腔耦合与流量饱和会导致控制系统的自由度不高且能量损失较大。针对以上问题,文中采用表征摩擦动态特性良好的LuGre模型来描述气缸摩擦并提出了一种自适应鲁棒控制器进行摩擦补偿,控制器的自适应部分用于控制参数不确定性,鲁棒控制部分用来处理系统的非线性。同时采用两个三位四通比例阀来提高控制自由度并降低能量耗散。仿真结果表明:该补偿策略有效改善了摩擦带来的动态滞后,提高了系统的响应速度与跟踪精度。

面向性能增强的双惯量伺服系统状态反馈控制

为避免使用函数逼近器(神经网络或模糊系统),并提高双惯量伺服系统的瞬态响应和稳态性能,针对含外部扰动的双惯量伺服系统,提出一种基于预设性能函数(Prescribed performance function,PPF)的类比例状态反馈控制策略.首先,提出一种改进的带有最大超调、收敛速率以及稳态误差的预设性能函数,并将该函数融入控制器设计使二惯量伺服的跟踪误差保持在预定的边界之内.其次,基于预设性能函数设计了类比例状态反馈控制器实现跟踪控制.与传统基于函数逼近控制方法相比较,该方法可降低控制系统计算复杂度同时消除反演控制中存在的复杂度爆炸问题.最后,利用双惯量伺服系统实验平台开展了对比实验,验证了所提出方法的有效性.

燃气轮机导叶执行机构模糊切换控制策略研究

为缓解重型燃气轮机双余度导叶执行机构的切换过程给系统造成的冲击,提出了一种基于模糊规则的余度切换控制策略。首先基于双余度导叶执行机构的工作原理,建立了电液位置伺服系统各部件的数学模型,然后以导叶作动筒位移误差和速度作为输入参数,主备伺服回路切换系数作为输出参数,设计了一种二维模糊切换控制器,并针对伺服阀单向卡滞、伺服阀喷嘴堵塞2种典型故障工况进行了联合仿真分析。结果表明,采用传统阈值切换的方式,各物理量在切换点位置波动明显,而采用模糊切换的控制策略能够有效削弱切换过程对导叶作动筒位移、速度和两腔压力造成的冲击及振荡,从而实现双余度导叶执行机构之间的平稳切换。

基于命令滤波反步法的双电机离散同步控制

针对双电机伺服系统同步控制精度问题,在命令滤波的基础上设计离散跟踪与同步控制方案。通过建立双电机系统离散动力学方程,降低了命令滤波器反步法设计过程中的计算难度,还能同时处理虚拟控制信号。在控制器设计中定义补偿信号消除误差,进而提高跟踪性能。结果表明,神经网络可以高效处理电机运行中轴转矩或齿隙等带来的非线性扰动。最终通过Lyapunov分析控制方法的稳定性,结果表明双电机伺服系统在该控制器作用下具有良好的跟踪及同步性能。

基于单片机的编码设计

ARM(Advanced RISC Machines)处理器是32位处理器,性价比很高,也可使用16位指令集,在具备32位系统优势的同时减少了代码数量,提高了编程效率。ARM具有精度高、体积小、功耗低、集成度高等优点,可作为旋转变压器的解算模块,还可用于伺服系统的位置反馈检测模块。基于此,文中设计一种基于ARM微处理器的小型双轴旋转变压器的编码模块。采用轴角计算芯片测量元件输出的角度信息;再将采集的角度值送入处理器进行处理,经过编码以串口通信的方式发送给伺服单元,实现对角度变化的精准控制。

基于伺服驱动器的双CAN监控系统设计

现有伺服监控系统一般采用计算机作为上位机实现,传统方式采用RS232的上位机监控方式,但是RS232的通信距离近,波特率低而且抗干扰能力差。采用带有双CAN的STM32F407作为主控芯片及其外围电路的监控系统,采用CAN通信进行驱动器参数的配置以及监控,扩大了监控的距离,双CAN设计提高了可靠性,并针对伺服驱动器的特点设计了CAN自定义的通信帧。同时为了方便在没有上位机时的监控,设计了按键数码管监控驱动器的方式,进一步提高了系统的工作范围和可靠性。采用AT24C02作为存储芯片,对系统的参数进行存储,设计了两个存储区域,提高了系统的可靠性。该设计具有较高的可靠性的驱动器监控系统,具有重要参考价值。

呼吸机加热湿化器双伺服加热方式的临床应用研究

目的研究呼吸机加热湿化器的双伺服加热方式的临床应用价值。方法采用前瞻性随机对照研究方法,将应用加热湿化器的呼吸机治疗患者40例随机分成对照组、实验组各20例。对照组采用单伺服加热方式(即只有1个加热元件对湿化器的湿化水罐加热),实验组采用双伺服加热方式(即不仅对湿化器的湿化水罐加热,而且在呼吸机管道的吸气支路及呼气支路中均放置加热丝进行加热)。呼吸机治疗过程中,在密切监测两组的管道倾倒冷凝水量、管道护理次数、痰液黏稠度、气道形成痰痂例数及发生VAP例数至呼吸机治疗结束;在应用呼吸机治疗后的第0、8、16、24、32、40、48、56、64、72h监测两组气道峰压(Ppeak)、平台压(Pplat)、平均压(Pmean)、气道阻力(Raw)等呼吸力学指标。结果实验组管道倾倒冷凝水量、管道护理次数、Ⅲ度痰液黏稠度例数、气道形成痰痂例数及发生VAP例数明显小于对照组(P<0.05)。实验组Ppeak、Pplat、Pmean及Raw较对照组明显下降(P<0.05)。结论呼吸机加热湿化器采用双伺服加热方式比单伺服加热方式的湿化效果更好,能为呼吸机治疗患者提供最佳湿化的气体,以利于保持分泌物良好的水化状态,降低VAP发生率,减少呼吸机管道护理工作量,降低气道压力及阻力。

基于主被动负载的负载独立口双阀节能控制系统研究

为保证电液伺服系统控制精度高、负载能力强、频率响应快等特点,同时实现降低成本、节省能源的性能,提出了一种基于主被动负载的负载独立口双阀节能控制系统,由负载独立口双阀控制系统和节能恒压伺服泵站构成.首先从机理上建立了该组合系统的数学模型,分析其静态工作点和节能性能.同时具体研究可能存在的4种复杂工况和4种控制模式.并据模型特性,设计了非线性且抗干扰较好的鲁棒自适应控制器及控制策略.最后设计实验平台进行对比实验验证该系统的可行性、控制性能和节能效果.

基于反步法的双电机同步联动伺服系统自适应鲁棒控制

针对具有未知传动齿隙的伺服系统,采用双电机同步联动消除齿隙,分别施加偏置力矩,在系统参数未知、存在未建模动态及外界扰动的情况下,设计了基于反步法的自适应鲁棒控制器。该控制器包括基于模型参数在线估计的自适应补偿、稳定反馈和鲁棒控制三部分。通过逐步选择控制系统Lyapunov函数,使得系统闭环控制系统信号有界,且跟踪误差在任意期望的精度内。理论证明和仿真分析验证了算法的有效性。

双余度无刷电动机位置伺服系统仿真与试验

建立了稀土永磁(rare earth permanent magnet,REPM)双余度无刷直流电动机(dual-redundancy brushless DC motor,DR-BLDCM)位置伺服系统的位置、速度、电流三闭环数学模型,针对并联型隔槽嵌放式DR-BLDCM的结构,采用磁感应强度波形分析方法,得到了该电机在每极每相槽数q=1时的每相自感和相间互感的计算公式,并给出了在q=2和q=3时的自感和互感的参数修正关系。在Matlab/Simulink环境下,构建了基于Matlab的系统仿真模型,采用一种实用的正弦波消顶方法,即用消去顶部的正弦波来代替梯形波,减小了系统仿真过程的计算量。通过对DR-BLDCM位置伺服系统实际参数的动态性能仿真,得到了位置伺服系统阶跃响应和频率响应曲线。仿真曲线与DR-BLDCM电动舵机实际系统试验结果一致,从而验证了DR-BLDCM自感和互感算法及此类系统模型的有效性。

摆扫式航空遥感器像旋补偿方法

针对航空遥感器前端扫描反射镜旋转带来的像旋,提出了一种焦平面与扫描反射镜同步旋转的消旋方法。利用矢量法对像旋的方向进行了详细计算,得出消旋方向与扫描反射镜旋转方向相反的关系,提出了一种双轴系齿轮联动、双电机伺服控制的消旋方法,该方法精度高、像旋残留少,并对轴系的回转精度、齿轮的传动精度、双电机的伺服控制精度进行了检测。检测结果表明:轴系的回转精度为0.8″,齿轮的传动精度达到34″,双电机伺服控制精度优于1′。试验结果表明,用此种方法进行消旋,像旋的残留仅为0.03 mm,经过某项目成像验证,得到的图片便于拼接应用。