前馈-改进型PID复合控制策略的研究

针对PID反馈控制快速性和稳定性二者之间的矛盾,在分析各种改进型PID控制方法和前馈控制性能的基础上,提出一种适用于工业过程控制场合的带前馈改进型数字式PID位置复合控制方法。通过仿真实验对比表明:采用该前馈-改进型PID复合控制方法可显著提高控制系统的稳定性、快速性和准确性。在PMAC运动控制卡上的应用也说明该控制方法可满足基本的稳、快、准控制要求。

基于复合控制的电液负载模拟器多余力抑制研究

针对电液负载模拟系统存在多余力且该多余力严重影响系统加载精度与控制性能的问题,建立了系统各部分以及整个系统的数学模型.通过对数学模型的研究,分析了系统多余力的产生机理,并建立了系统多余力的传递函数.提出了前馈PID复合控制的方法,并对该方法进行了仿真分析和实验研究.在仿真分析中,通过对多余力消扰前、引入前馈控制消扰后及引入复合控制消扰后3种情况的比较,说明前馈PID复合控制能够有效抑制系统多余力.实验结果进一步验证了前馈PID复合控制的有效性,同时实验结果显示在运动换向时系统多余力将出现突变,为下一步的研究指明了方向.

压电微动平台的定位控制

为使压电微动平台定位速度快、定位精度高,采用复合控制方法来对其进行定位控制。基于保证模型精度并使精度在整个阈值区间变化尽量均匀的要求,来使阈值最优化,进而建立了压电微动平台的迟滞模型。基于所建平台迟滞模型,设计了其前馈控制器;为抑制平台的超调,在常规数字增量式PID中引入滤波器设计了其反馈控制器;将前馈控制与PID反馈控制相结合,设计了平台的复合控制器。实验结果表明:所建平台迟滞模型仅有7个算子,且均为有效算子,在16.3μm的最大实测位移下,模型最大误差为0.208μm;在复合控制作用下,平台达到5μm目标值的响应时间为0.173 s,虽慢于前馈控制,但明显快于PID反馈控制;在最大位移为17.155μm的参考输入作用下,若不考虑传感器噪声,平台的定位误差几乎为零。

压电微夹钳的位移自感知反馈复合控制

采用自感知方法获取压电微夹钳钳指位移,构成自感知反馈复合控制系统。根据反映钳指位移、表面电荷、夹持力、驱动电压之间关系的压电悬臂梁Smits方程,提出了基于电流积分的钳指位移自感知方法;引入死区算子对传统PI模型进行改进,建立了压电微夹钳钳指位移的迟滞模型;以对偏差的抛物线积分、对输出的先行微分分别代替常规PID控制器中的积分项和微分项,设计出了压电微夹钳的改进PID反馈控制器;将前馈控制器与PID反馈控制器相结合,并采用自感知反馈方式,设计出了压电微夹钳的闭环控制系统。实验结果表明：在自感知反馈复合控制作用下,压电微夹钳对5μm阶跃参考位移的响应时间为0.24 s,若不考虑噪声影响,稳态误差几乎为零;在最大位移为14.7μm的变幅值三角波参考位移以及最大位移为14.1μm的任意波形参考位移作用下,压电微夹钳的自感知反馈复合控制亦可取得良好的控制效果,其稳态误差中线在-0.02-0.04μm之间变化。自感知反馈控制的实验结果与传感器反馈控制基本相同,从而表明压电微夹钳的自感知反馈控制是有效的。

压电微动工作台的位移复合控制

为解决稳态精度和稳定性之间的矛盾,提高压电陶瓷执行器的控制性能,进而提高其驱动的微动工作台的定位精度,构造了一种前馈补偿同反馈调节相结合的复合控制算法。其中,前馈补偿为基于压电陶瓷执行器迟滞非线性模型的前馈控制,通过自学习算法来实现,用来补偿压电陶瓷执行器的迟滞非线性,提高对参考位移信号的跟踪能力;反馈调节为PID反馈控制,用来进一步校正前馈补偿没有消除的偏差以及由模型的不确定性所引起的误差,且为了减小积分饱和作用以及微分对扰动的敏感性,对PID算法进行了改进,使之成为一种变系数积分与加权微分的PID算法。试验验证了该算法的有效性,并将该算法同其他控制算法——开环控制、前馈控制、PID 反馈控制进行了对比试验研究,结果表明,复合控制算法比其他控制算法具有更好的性能。

基于复合控制的光电搜索跟踪转台控制系统设计与实现

高精度的控制系统是保证光电搜索跟踪系统实现目标稳定跟踪的关键因素之一。为提高光电搜索跟踪转台的响应速度及控制精度,在介绍系统总体功能的基础上,对控制系统进行建模,并设计了基于位置前馈与专家PID算法的复合控制策略,实际应用表明,该系统能对目标实现高精度的稳定跟踪,鲁棒性好,达到了预期的设计要求。

激光微织构加工机床伺服传动控制系统研究

针对激光表面微织构加工过程中,机床的瞬时速度与瞬时加速度高,定位误差与重复定位误差难以控制,激光微织构加工工艺精度无法保证的问题,建立机床伺服系统的动力学模型,基于模型设计了控制系统的误差补偿方案,提出一种速度与加速度复合前馈补偿PID控制策略。为了说明所提出的位置精度补偿方法的优越性,对补偿前后的PID控制效果进行对比实验,结果显示,系统的位置误差由补偿前的4μm降低至1μm以内,重复定位精度提高50%。实验结果表明,该控制策略能够有效减小激光微织构加工系统的位置误差,具有更高的位置跟踪精度和重复定位精度,满足系统对高精度定位的需求,为表面微织构形貌性能研究提供了更精密的机床伺服控制策略和更高的激光表面微织构加工精度。

基于多重前馈的地铁辅助逆变器的设计

为了抑制母线电压波动和负载变化对辅助逆变器输出电压的影响,提出了一种基于输出电压瞬时值反馈和母线电压及输出电流多重前馈的PID复合控制策略,介绍了反馈控制器和多重前馈控制器的设计方法。通过Matlab/Simulink仿真软件对提出的控制策略进行了仿真验证,并在1台基于DSP+FPGA控制系统的200 k VA地铁辅助逆变器样机上进行试验。仿真和试验结果证明,该控制策略可以使辅助逆变器输出电压的正弦波形稳定、谐波含量低、抗扰动能力强、动态响应快,完全满足工业标准的要求。

基于单片机的两轴转台控制系统

通过基于单片机的两轴转台控制系统设计,采用单片机编程,依据控制信号的变化情况设计了前馈补偿系统,将PID复合校正控制算法应用于转台控制系统中,使转台具有更好的动、静态性能,更好地模拟飞行器的飞行状态,仿真实验结果证实了其可行性。

基于参数优化的连铸结晶器振动位移系统复合控制研究

本文以伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移控制系统为研究对象,针对系统工艺控制中要求伺服电机转速单方向、变角速度转动,同时考虑系统控制器参数的选取大多依靠经验等问题,提出了一种基于前馈控制与参数优化的PID反馈控制相结合的复合跟踪控制策略。首先,根据伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统特性,建立了伺服电机输出转速与振动位移之间的近似数学模型。其次,针对伺服电机单方向转动工艺约束条件,确定结晶器振动位移系统以转速补偿作为前馈控制器,保证系统控制器输出大于零.再次,针对振动位移系统控制器参数大多依靠经验选取的问题,提出采用一种改进的飞蛾火焰优化算法优化PID控制器参数的策略,以实现结晶器振动位移高精度跟踪控制。最后,通过仿真与实验验证所提方法的有效性,实验结果表明:优化后的振动位移调整时间缩短了0.3 s,振动位移跟踪相对误差减小了1.8%。

压电微夹钳的复合控制模型及实验

为提高压电微夹钳的夹持性能,设计复合控制系统对其控制.通过引入死区算子对PI模型进行改进,建立了微夹钳的迟滞模型,进而设计出其前馈控制器;对常规PID算法进行改进,设计出抛物线积分与微分先行的微夹钳PID反馈控制器;将前馈控制同PID反馈控制相结合,设计出微夹钳的复合控制器.在复合控制作用下,微夹钳达到5μm阶跃目标位移的响应时间为0.09 s,略快于前馈控制,明显快于PID反馈控制;在最大位移为15.2μm的参考输入作用下,若不考虑传感器噪声,复合控制的稳态误差几乎为0.实验结果表明,同前馈控制与PID反馈控制相比,复合控制具有良好的综合控制效果,即响应速度快、稳态精度高.