Pseudo Derivative Feedback Control of Electro Hydraulic Speed Servos

The Pseudo-Derivative Feedback (PDF) algorithm is introduced into design of electro-hydraulic speed servos. With limited extra complexity in implementation of controller's electronic circuits, the PDF control enables the electro-hydraulic speed servo to respond to a step command without steady-state error, and also to follow successfully a sinusoidal command at the frequency higher than that the system resulted from traditional design can reach. The numerical example-based comparison in dynamic and static behavior shows also the PDF system is superior to the traditional system in terms of both the capability of handling loads applied to the system and the robustness to ignore variation and uncertainty of the parameters of the hydraulic valve-actuator unit in operation.

永磁伺服系统转速跟踪控制与数据驱动的参数设计方法

在永磁伺服控制系统中,传统的转速控制策略在低频段存在幅值与相位偏差问题,降低了转速跟踪控制精度。为解决该问题,该文提出了一种高精度的转速跟踪控制策略与数据驱动的参数设计方法。主要思路是在转速控制环节串联一个滞后-超前补偿器,用以校正低频段的幅值与相位;以低频段补偿后的幅值及相位误差最小为优化目标,同时约束补偿器在全频带范围内的最大幅值增益和相移,设计了一种数据驱动的补偿器参数优化方法,并对补偿后控制系统的性能进行了分析评估。实验结果表明,基于实验数据所设计的补偿器在转速指令频率小于1 rad/s的低频段区间内,转速跟踪误差小于2 r/min,相较于传统方法控制精度显著提升;在跟踪转速阶跃指令时,该文方法和传统方法的控制效果相当,这说明该文方法在改善低频段跟踪性能的同时,保持了控制系统在中高频段原有的幅频和相频特性。

变长度柔性机械臂的双柔性伺服驱动系统振动抑制策略

变长度的柔性机械臂在旋转运动过程中由于受到环境扰动以及自身柔性的影响导致了伺服驱动系统输出转速的波动现象,这会加剧柔性机械臂的振动,严重影响了柔性机械臂的运动精度.基于此,设计了一种基于干扰观测器的PI控制策略来抑制伺服驱动系统转速的波动.首先使用拉格朗日原理建立了双柔性伺服驱动系统的动力学模型并分析了双柔性伺服驱动系统的传动特性;其次将基于干扰观测器的PI控制策略应用于双柔性伺服驱动系统的速度环中,并通过鲁棒稳定性分析设计干扰观测器中的低通滤波器参数;最后开展了数值仿真分析和控制实验.实验结果验证了提出的控制策略能够有效减少变长度柔性机械臂的转速波动,提高伺服驱动系统的运动精度.

连铸结晶器振动液压伺服系统建模与控制

为了提高结晶器液压振动系统的控制精度和稳定性,解决相位延迟和振幅减小等问题,采用机理建模方法建立了结晶器振动液压伺服系统数学模型,提出了带负载力补偿的自适应PI控制与速度前馈控制相结合的控制方法,并搭建了系统的非线性仿真模型.结果表明:所建数学模型正确,输入信号的位移跟踪误差控制在3%以内.结晶器振动的合理控制可有效提高铸坯表面质量,减少振痕的产生,同时还能改善保护渣消耗对铸坯润滑的影响.

基于动态理论模型的电液伺服加载前馈补偿复合控制系统

针对一般电液伺服系统存在的非预期负载扰动和非线性干扰等问题,为了提高系统的自适应能力和动态响应的品质,减小系统跟踪和输出响应的误差,提出了一种基于动态理论模型的电液伺服加载前馈补偿复合控制方法。首先,阐释了电液伺服试验台的结构组成及其数学模型,分析了系统力矩控制和位置控制的结构关系;然后,论证了自适应前馈补偿复合控制的伺服原理,阐述了以调速理论模型和实际模型的误差函数作为调速依据的前馈补偿和复合控制的原理和方法;最后,进行了系统仿真,同时为了验证基于动态理论模型的自适应前馈补偿复合控制策略的合理性和有效性,对伺服系统进行了加载试验。研究结果表明:采用该复合控制策略可以精确算出对伺服马达进行转速补偿的基准值和调整参数,系统动态响应速度比采用传统闭环控制算法提高了8%以上;系统控制器自适应能力和抗扰动性能也明显优于采用传统PI闭环控制及模糊PI闭环控制算法的系统;通过对比分析0.2 Hz和0.5 Hz的正弦响应曲线可知,该系统的位置跟踪曲线性能最优,控制精度最高,实际输出值的误差也最小。

经编机电子横移运动同步性补偿设计

为解决经编机电子横移系统中横移动作滞后、不能满足经编机高速运转需要的问题,通过实验测试了经编机电子横移系统中常用的3种交流伺服系统的伺服驱动器接收的指令信号曲线和伺服电动机实际运动曲线,确定了各伺服系统的运动响应的滞后时间,并针对性地设计了一种与主轴运转实时同步的横移指令信号以弥补横移滞后的补偿方案,即根据经编机实时转速来动态预置横移指令信号的提前量,以弥补电子横移系统的滞后时间。结果表明:在相同系统配置条件下,电子横移系统通过设置合适的指令信号提前时间量作为补偿值,即根据经编机主轴的当前运转速度,采用提前发出横移指令信号的方法可有效补偿横移伺服的滞后响应特性,保证了梳栉横移与摆动动作的同步性,电子横移经编机的运转速度可提高约18%,从而显著提升电子横移经编机的生产效率。

600 MW水轮发电机组集成化多冗余调速系统研究及应用

针对水轮发电机组调速器,提出集成化多冗余调速系统的研究方案,优化控制方式,增强系统稳定性与可靠性。创新性提出油压系统、机械控制系统、电气控制系统三合一的集成化运行方式。提出双冗余配置与三选二配置配合运行的控制方式,实现导叶位移传感器等装置的多位置、多冗余功能,大幅提高系统的容错能力和可靠性,保障机组安全稳定运行。

位置伺服永磁电机鲁棒性无差拍预测转速控制

为了提高永磁同步电机位置伺服系统的控制性能,该文提出一种鲁棒性无差拍预测转速控制策略。首先,根据无差拍控制原理对速度环和电流环进行设计。其次,采用增量模型消除了永磁磁链对电流预测的影响。再次,设计扩展状态观测器,对参数不匹配、负载和逆变器非线性造成的扰动进行观测。然后,根据位置伺服系统的特点提出一种补偿策略。最后,通过实验对提出的控制策略进行研究,实验结果表明,该方法能提高系统的稳态控制精度和动态响应速度。

高速开关阀控位置伺服系统的模式切换控制

针对高速开关阀阀控位置伺服系统在脉宽调制信号驱动下,存在控制精度差的问题,提出了一种“模式切换”算法以提高其控制精度。首先介绍了系统结构与工作原理,并在此基础上建立系统数学模型。分析了四个高速开关阀开、关状态组合形成的七种工作模式,舍弃两种会产生较大流量变化的工作模式,选择剩余的五种工作模式以满足微小位置误差调节的需求。设计了“PID+模式切换”控制器,使用位置误差的PID控制器输出值和主阀两腔压力作为工作模式切换的依据,通过工作模式的实时切换,实现了主阀的高精度位置控制。试验表明在跟踪幅值为4.5 mm,频率为0.5 Hz的正弦轨迹时,主阀最大跟踪误差、平均跟踪误差及标准跟踪误差分别为0.46, 0.08, 0.07 mm,与传统PID控制器相比,所提控制器能够获得良好的位置控制性能,且高速开关阀总的开、关次数也减少了38%。

基于改进自抗扰的往复式牵引装置速度控制

为解决往复式牵引装置速度波动的问题,分析引起往复式牵引装置速度波动的原因并提出解决方案。首先,对往复式牵引装置的伺服直驱液压系统进行研究,建立永磁同步电机及液压部分的数学模型,在AMESim软件中建立控制系统仿真模型;其次,为提高往复式牵引装置的控制效果,提出一种基于光滑fal(e,α,δ)函数和前馈扰动补偿的改进自抗扰控制器;然后,通过接口将AMESim软件与MATLAB-Simulink软件进行联合仿真研究,以0.2 m/min阶跃速度作为输入信号,得到控制系统响应时间为0.35 s,稳态精度为0.0015 m/min,相比改进前的控制系统响应速度更快、稳态精度更高;最后,通过实验平台对改进自抗扰控制器进行实验验证,结果表明实验曲线与仿真曲线较为吻合,验证了控制系统仿真模型的正确性,并将改进自抗扰控制器用于往复式牵引装置的速度控制,解决了往复式牵引装置速度波动的问题,提高了牵引出的管材制品的表面质量。

变摩擦负载下舰炮伺服系统自抗扰控制研究

非线性、时变摩擦力是影响舰炮伺服系统低速稳定性的主要因素,为了克服摩擦力矩的不良影响,弥补传统控制策略的不足,提高伺服系统的控制性能。首先建立某型舰炮伺服系统的数学模型,并在LuGre摩擦模型的基础上引入摩擦系数来表达摩擦力的变化趋势;然后根据系统特性设计一种基于前馈补偿和模型参考线性自抗扰技术的复合器控制器,最后通过仿真实验对比分析该复合控制器和传统前馈PID控制器的控制效果。仿真结果表明,该控制器在不同的摩擦负载下均能有效避免爬行现象,与前馈PID控制效果相比启动误差减小70%以上,有效提高了系统的低速稳定性和控制精度。

基于机床进给伺服系统中频振动抑制研究

伺服系统以其高性能、高精度等优势被广泛应用于数控机床和机器人上。机床进给伺服系统中由于滚珠丝杠等传动装置刚度有限,柔性连接方式易引发振动而影响其稳定性与精度。针对旋转进给伺服系统中存在的中频振动,提出一种基于二阶状态观测器的速度扰动观测补偿中频振动抑制方法,由速度观测器观测出的速度与实际速度反馈相减,通过带通滤波提取振动信号,作为补偿给到速度反馈上,抵消系统振动,提高系统带宽并保持稳定性和精度。最后在不同的速度环增益下,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。

基于S型速度曲线的液压伺服绞车自抗扰控制

由于参数不确定、系统非线性以及外部未知干扰等因素的影响,常常导致液压伺服系统难以获得较好的动态性能,针对此问题,提出将自抗扰控制技术应用于液压伺服绞车的速度控制。首先,介绍了液压伺服绞车的工作原理,建立了液压伺服系统的数学模型,并推导出液压伺服系统的状态空间方程;其次,根据液压伺服系统的状态空间方程,设计五阶线性扩张状态观测器和线性误差反馈控制律,并构建四阶线性自抗扰控制器;然后,根据液压伺服系统在快速接近工况时的速度变化要求,规划了S型速度曲线作为液压伺服系统仿真模型的输入信号;最后,在Simulink软件中搭建了液压伺服系统仿真模型,并将四阶线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Controller,LADRC)和比例积分微分(Proportion Integration Differentiation,PID)控制器引入液压伺服系统,对比研究了2个控制器对液压伺服系统动态性能的影响。仿真结果表明,相比于PID控制器,液压伺服系统在四阶LADRC的作用下,响应速度更快,跟踪精度更高,抗外界干扰能力更强。

射流偏转板伺服阀小电流输出引发异响声问题及解决措施

针对射流偏转板伺服阀在液压马达速度闭环控制系统应用实例中伺服阀小电流工况下存在的异响声问题,通过对伺服阀射流口处流场进行仿真分析。确认异响声的原因为:射流偏转板伺服阀前置级供油压力高,在伺服阀射流前置级入射口形成气穴效应,引起小流量输出压力脉动增大,当压力脉动频率与产品结构固有频率接近时,谐振响应导致异响声。采用在射流偏转板型伺服阀前置级增加进油节流孔措施,在不损失伺服阀性能前提下,可抑制供油压力波动对控制级的影响,有效解决伺服阀小电流输出引起的异响声问题。

基于MRAS-IMC的交流伺服系统速度环控制

根据系统速度环控制模型,研究一种交流伺服系统电流前馈补偿控制策略,考虑外部负载突变对系统影响,以提高系统稳定性和抗扰性为目标,分析得出内模观测控制算法.同时该方法结合变系数模型参考自适应,进行系统惯量在线观测,实现快速平稳的扰动观测与电流前馈补偿,使系统具有良好动态响应性能与鲁棒性.仿真及分析表明:文中所提方法可有效提升系统速度环控制性能.

基于改进NDO复合控制在像旋补偿机构的应用

针对扰动会对航空成像系统像旋补偿伺服机构跟踪精度产生影响的问题,提出一种改进型复合控制算法。首先,针对等效扰动,提出一种基于有限时间双曲正弦跟踪微分器(FSTD),用来构造改进非线性干扰观测器(NDO),使系统对参数摄动不敏感且对扰动估计更加精确;其次,为了提升系统的跟踪精度,结合变速趋近律的思想设计新型高阶滑模控制器(N-HSMC),保证系统快速性的同时还能有效削弱抖振;最后,通过仿真对比验证了所提算法的有效性。

永磁同步电动机调速系统的模糊PI智能控制新方法

在分析永磁同步电动机 (PMSM )数学模型的基础上 ,利用Matlab软件建立了控制系统的仿真模型 ,提出了一种新型的模糊PI控制方法。在PMSM双闭环调速系统中 ,电流控制采用滞环电流调节器 ,而转速控制通过采用常规PI控制和模糊控制相结合的方法来实现。仿真结果表明 ,这种新型的模糊PI智能控制方法响应快、无超调、鲁棒性强、抗干扰能力好 ,较传统PI控制具有更好的动。

采用扰动转矩观测器的低速电机伺服系统

伺服电机驱动系统的性能受各种量化误差、采样误差,及电机转矩脉动等因素的影响。特别是在低速运行时,速度反馈精度和动态性能都受到极大限制,因此电机往往处于无规律地转和停状态,速度很难控制。该文采用预期电流控制和基于位置信号的含滤波器的扰动观测器相结合的方法,仅使用普通分辨率(1 000 ppr)的光电编码器,就可对一台无槽式永磁同步伺服电动机实现低速运行(1 r/min左右)平稳控制。实验结果表明,所提控制策略效果好、容易实现,有较强的实用性。

阀泵联合大功率液压调速方案分析

为进一步提高其控制性能,在对比分析目前阀泵串联、并联控制方案的结构、工作原理及特点的基础上,提出了阀泵并联分时变结构调速方案-控制结构依调速要求而变、阀控与泵控分时参与、协调控制,并分为补油式与泄油式两种形式,应用于煤矿液压提升机,可形成补油式/泄油式阀泵并联分时变结构液压提升机,同时对比分析了这两种形式各自的特点。阀泵并联分时变结构调速方案,建立了调速方式依调速要求而变的灵活的控制机制,将丰富液压系统的控制方式,有望解决大功率液压调速系统中效率与响应的矛盾,并兼顾系统的低速稳定性和加减速平稳性。

永磁同步电机的非奇异快速终端滑模控制

为了改善永磁同步电动机调速系统的动态性能,提出了一种非奇异快速终端滑模控制策略,该控制策略首先给出了非奇异快速终端滑模面的具体数学表达式,然后采用带终端吸引子的趋近方式设计趋近律,实现了状态变量的全局快速收敛,有效地降低了收敛时间和克服了终端滑模的奇异性问题,最后将该控制方法应用于永磁同步电动机调速系统,并与普通终端滑模控制和PI控制进行了对比。仿真和实验结果表明,该控制器能够很好地提高系统的动态、稳态性能和鲁棒性。