Open-plus-closed-loop control for chaotic motion of 3D rigid pendulum

An open-plus-closed-loop （OPCL） control problem for the chaotic motion of a 3D rigid pendulum subjected to a constant gravitationM force is studied. The 3D rigid pendulum is assumed to be consist of a rigid body supported by a fixed and frictionless pivot with three rotational degrees. In order to avoid the singular phenomenon of Euler＇s angular velocity equation, the quaternion kinematic equation is used to describe the motion of the 3D rigid pendulum. An OPCL controller for chaotic motion of a 3D rigid pendulum at equilibrium position is designed. This OPCL controller contains two parts： the open-loop part to construct an ideal trajectory and the closed-loop part to stabilize the 3D rigid pendulum. Simulation results show that the controller is effective and efficient.

SIMOTION D在铜箔后处理生产线上的应用

本文介绍了新一代运动控制平台SIMOTION D在铜箔后处理生产线电控系统上的应用,根据SIMOTION D435高集成度、控制速度快等特点,提出了一套完善的硬件配置和软件设计思路和方法,实现多级级联的直接张力闭环控制。实践证明该系统运行稳定、张力控制精度高,非常适合于冶金、造纸、轻纺等大型多轴卷绕设备的应用场合。

基于舵向结构原理的新型机器人底盘系统设计

为了提高轮式底盘机器人的灵活性、应对复杂地形的适应能力,提出了一种舵向结构的高机动性移动机器人。该机器人通过舵向结构在运动过程中对速度和方向分别控制以适应地形变化,在提高运动效率的同时也减少了运动分量对轮组造成的磨损。使用Solidworks和MATLAB分别对机器人的运动过程和控制系统仿真,研制出物理样机并进行组合运动、绕点运动等测试,结果表明:该机器人能够通过4个轮组的组合运动实现整体控制,在4 s内以0.3 m/s的速度绕半径为15 cm的圆运动一周,误差保持在1 cm以内,验证了该机器人的灵活性。

基于RBF神经网络补偿的ROV运动控制算法

针对作业型遥控水下航行器(ROV)在模型参数不确定和外部环境干扰下的运动控制问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的自适应双环滑模控制策略。首先,对于ROV外环位置控制采用改进趋近律的积分滑模控制方法,对于ROV内环速度控制采用指数趋近律的积分滑模控制方法;其次,为进一步改善滑模控制的抖振问题,引入双曲正切函数作为滑模切换项;然后,利用RBF神经网络控制技术对ROV模型的不确定参数和外部扰动进行估计与补偿;最后,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了整个闭环系统的稳定性,并对作业型ROV的运动控制进行了数值仿真。仿真结果验证了所设计的控制器可以实现ROV航行的精确控制,并能够有效抑制模型不确定参数和外部扰动对ROV运动的影响。

仿生机器鱼步态控制及闭环运动控制方法综述

鱼类所具有的推进效率高、机动性强、环境扰动小等优点引发了国内外学者对仿生机器鱼的研究。底层步态控制方法和闭环运动控制方法是当前机器鱼控制研究的两大热点。按照推进模式的分类方法概述各类机器鱼的样机研制情况以及其性能优劣,介绍机器鱼的推进机理及其水动力学研究进展,进而重点探讨轨迹逼近方法和中枢模式发生器这2种底层步态控制思路,综述机器鱼的典型闭环运动控制方法。中枢模式发生器具有更强的灵活性、稳定性和可操作性,易于引入反馈项而实现闭环控制,在机器鱼底层步态控制中占主导地位。针对机器鱼的显著特点改进后的基于学习的控制方法与多种方法相结合后的混合控制方法具有更为广阔的发展前景,符合仿生机器鱼智能化的发展方向。根据工作条件和运动要求建立合理的步态控制系统以及准确高效的闭环运动控制系统可提高机器鱼的整体性能。

永磁无刷轮毂电机轮对系统同步工况下的协调控制策略

针对双轮毂电机在负载不平衡工况下转速同步精度不够及同步响应速度不快的问题,该文提出速度环补偿PID交叉耦合同步控制和电流环补偿PID交叉耦合同步控制策略。首先,建立双轮毂电机的数学模型,采用双闭环六步方波控制。基于该模型,采用速度环补偿PID交叉耦合同步控制代替单增益交叉耦合控制器,使转速同步调节精度提升。在两侧电机负载不平衡工况下,用电流环补偿PID交叉耦合控制方法进一步提升转速同步精度,同时加快同步响应速度,并兼顾了转矩精度。仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。

正余弦编码器的细分及测速技术

针对正余弦编码器在电机测速过程中误差较大、传统闭环细分算法在谐波干扰较强的场合稳定性较差等问题,提出一种基于卡尔曼滤波法的闭环细分及测速方法。该方法分为正余弦信号处理、测速算法优化两个部分。利用卡尔曼滤波算法可实现正余弦信号的实时优化,结合改进电机测速方法提高测速精度。仿真结果表明,基于卡尔曼滤波法的闭环细分及测速方法可有效抑制谐波,提高细分信号的质量,改进测速方法,提高测速效果,满足高精度控制需求。

交流接触器同步过零分断控制策略的研究与分析

针对交流接触器在控制方面存在的由动作机构分散性和外界环境不确定性导致的较难真正实现无弹跳闭合和无弧分断的问题,对其同步过零分断的控制策略进行研究。针对交流接触器控制系统,在对交流零点检测方法进行研究分析的基础上,建立了三相对称负载交流零点预测模型。提出将速饱和电流互感器应用于交流过零点检测中,根据被控对象的相关参数,进行各控制模块的软硬件设计,并建立数学模型,进行仿真分析。最终验证了此设计能将影响运动时间以及运动过程中的诸多不确定因素进行弱化,使交流接触器的适应性和可靠性得到很大程度的提高。

基于双重反馈的水炮射流稳定系统

在海上执法的过程中,执法船只经常会遭遇风浪,而风浪带来的船体晃动会导致水炮晃动,使水炮射流无法准确命中目标。现有的水炮系统多采用单反馈控制方法,没有考虑到载体运动对水射流的干扰。为了减轻载体运动对水炮射流的干扰,本文提出了一种基于双重反馈的水炮射流稳定系统。该系统利用IMU采集载体运动姿态,利用自回归滑动平均模型对载体姿态进行补偿;利用摄像机采集射流落点信息,通过反向传播算法实时调整射流模型参数,并对水炮关节角度进行反馈调整。在智能水炮平台上的实验结果表明,采用双重反馈机制后,水炮的射击误差可有效降低33%以上。

控制系统硬件在回路实时仿真实验平台的dSPACE实现

应用dSPACE半物理仿真系统,研制一套电动伺服系统硬件在回路实时仿真实验平台。研究了基于dSPACE系统的运动控制系统半物理仿真实验平台的系统结构及开发流程,设计了一种适合于多种类型电机的通用电机驱动装置,最后在该实时仿真实验平台上研究了无刷直流电动机伺服控制系统的设计,并通过实验结果验证了系统设计的合理性及控制的有效性。研究成果表明,dSPACE实时仿真系统为运动控制系统的研究与开发提供了一个良好的实验平台,大大提高了研究工作的效率。

基于三维力反馈的仿壁虎机器人单腿运动控制

分析了仿壁虎机器人机构,建立机器人单腿的运动学模型,并通过代数法求逆解。静态标定三维力传感器并计算分析了传感器解耦矩阵,设计了力信号放大和滤波电路。建立足端黏附材料的弹簧模型,采用增量式关节运动方式,设计了足端三维力反馈控制算法。在Quanser的半实物仿真平台上验证了三维力反馈控制算法。实验表明仿壁虎机器人对足端三维力控制性能良好,三维力反馈控制算法可行,为具有力感知的仿壁虎机器人实现爬壁运动奠定了实验基础。

中低速开关磁阻电机转矩优化策略研究

为解决开关磁阻电机因其双凸极结构和严重非线性电感特性所导致的在换相和单相导通时转矩脉动较大的问题,提出了以转速、转矩和电流为控制量的模糊滑模多重闭环控制策略。速度环采用模糊滑模控制,通过积分变换将转速差转化为给定转矩,通过比较电机瞬时转矩与给定转矩,控制开关管的导通关断,实现转矩闭环控制;在电机换相时对同时导通的两相绕组进行转矩分配,建立转矩、电流和转子位置角的解析式,由分配的转矩求得给定的绕组电流进行电流闭环控制,从而达到对电机换相和单相导通时转矩脉动的有效抑制。仿真试验结果表明:在电机中、低速运行时,该控制系统与PID控制下的直接瞬时转矩控制(DITC)系统相比控制效果更好;电机低速运行时转矩波动稳定在±0.3N·m以内,中速运行时转矩波动稍有增大,但仍维持在±0.8N·m以内,实现了对转矩脉动的有效抑制。

一种数控力/位置控制半实物仿真系统的构建

针对数控系统的力位置控制实现难度大、参数调整复杂的问题,研究了一种基于Quanser Q8卡和Si mulink的半实物仿真系统。以X-Y-Z三轴运动平台为对象,对该系统中软硬件的具体构成进行了设计。通过以Z轴的恒接触力控制为目标,在Si mulink软件中设计了含有位置环和力环的控制器,给出了实际仿真曲线。结果表明,该系统控制器设计合理,参数调整简单,控制效果观察直观。

相对空间目标任意位置悬停闭环控制方法研究

研究了相对空间目标任意位置悬停的控制方法,针对现有的开环控制方法对外部干扰和初始误差敏感的问题,基于Hill方程提出了悬停闭环控制方法。进行了仿真计算,证明了方法的有效性。仿真结果表明:该文方法的燃料消耗与开环控制接近而控制性能更好,可以在具有初始速度误差的情况下实现相对于空间目标的任意位置悬停。

船舶运动控制硬件在环仿真系统的研究

目前众多学者致力于将当前先进的控制理论应用到船舶运动控制领域,但在实际船舶上验证这些先进的控制算法面临很多困难,为此,设计并实现一套船舶运动控制硬件在环仿真系统。该系统包括船舶运动DSP控制器,船舶运动仿真系统,控制与监测系统三部分,对相关硬件电路和软件设计进行了研究。系统测试结果表明该系统性能良好,为在实验室环境下进行船舶运动控制算法研究和船舶运动控制器开发提供了一个有效的测试平台。

新型飞机拦阻系统特性分析

针对新型飞机拦阻系统工作原理作了简要阐述,给出了系统的数学模型,明确了系统属于二阶复杂非线性自治系统,在初始状态激励下作自由运动。证明了微分方程的解存在且惟一,并证明了系统是大范围渐近稳定的,分析了系统的运动及控制特性,阐述了针阀节流面积及凸轮曲线规律作为控制量对系统的控制作用,该系统属于闭环程序控制系统。通过样例仿真,展示了飞机被拦阻的动态过程以及拦阻指标的满足状况。

闭环运动控制系统中被控对象的模型辨识研究

分析采用运动控制器的典型运动控制系统的工作过程。利用闭环控制系统中的控制信息和反馈信息 ,在不增加任何硬件测试装置的条件下 ,从辨识所得到的闭环模型中得出被控对象系统的数学模型 ,实验证明该方法可行 ,可为系统参数优化和故障诊断等提供条件。

导弹制导控制半实物仿真实验系统设计

针对探测制导与控制技术专业本科生的学习与实验教学的需要,基于实验室已有的二轴转台光电跟踪系统设计了导弹制导与控制半实物仿真教学实验平台。该平台以二轴转台作为物理实物部分,以PC机和运动控制器为控制平台和控制核心,通过转台的运动控制卡库函数实现转台偏航轴和俯仰轴的位置和速度控制。运用Simulink可视化的系统建模界面建立某导弹的运动学和动力学模型,组成导弹的内环姿态控制回路和外环制导回路,用RTW技术将模型转化为代码,加入I/O接口后,将转台放入回路中进行半实物仿真。经测试验证,该系统在学生实验中起到了良好的教学效果。

激光精确跟踪平台控制系统的设计

通过研究以多自由度运动控制器为核心的高精度转台以及二维运动平台的控制系统,以编码器或光栅尺作为位置反馈信息,采用PID控制算法,实现了高精度转台及二维运动平台的全闭环控制。通过配有激光测距传感器的可水平、俯仰运动的转台作为基站,用可水平、竖直运动的二维运动平台模拟运动目标,利用CAN总线通讯构建激光跟踪系统,为激光跟踪方案的可行性研究提供可靠的实验验证平台。实验结果表明,上述激光精确跟踪平台,运行状态良好,能够达到较高的运动速度和精度,有很好的使用价值。

三自由度摇摆台控制系统设计

介绍一种新型的摇摆台系统,采用并联结构、电机驱动、半闭环和全闭环组合控制的方式,满足了静态定位精度高、连续摇摆运动平滑和高带载能力的要求.在这一系统的设计中,利用运动控制卡、伺服电机和高精度光电编码器构建了半闭环和全闭环组合控制系统,设计了点动和连续转动两种运动模式下的控制方案.为方便用户操作和监控摇摆台实际运动情况,利用运动控制卡和数字I/O卡控件,用VB.NET设计了计算机显示及监控软件,界面方便、友好.