船舶舵机电静液作动器的分数阶线性自抗扰控制

为改善船舶舵机电静液作动器(Electro Hydrostatic Actuator,EHA)的抗扰性能,提出一种基于线性自抗扰控制和分数阶PD控制的融合控制方法。在建立驱动电机和液压系统数学模型的基础上,利用线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)估计EHA在不同工况下所受的内外总扰动,并证明LESO的有界稳定性;进一步采用分数阶PD控制作为控制律对所估计的总扰动予以主动抑制,控制参数由剪切频率和相位裕度等频率响应指标决定。利用AMESim和Simulink联合建立EHA仿真模型,通过分析可知,所提出控制方法在船舶航速分别为6 kn和8 kn时位移控制精度均约为1 mm。利用自研EHA搭建船舶舵机半实物试验装置,进行来回摆舵和突然换向试验,结果表明在负载扰动下和有突变换向情况时,所提出控制方法对操舵指令的跟踪均具有较好的快速性和稳定性。

大型薄膜衍射太空望远镜的压电振动主动控制

随着航天技术的发展,大型薄膜衍射太空望远镜以其质量体积小、成像分辨率高、易折展等优点获得广泛的关注与研究.本文对大型薄膜衍射太空望远镜结构进行振动控制研究,给出基于压电作动器的振动控制方案.首先采用有限元方法建立结构的动力学模型,然后根据可控性准则进行作动器位置寻找,之后基于模糊Proportional-Derivative (PD)算法设计控制律,最后通过数值仿真验证本文研究方法的有效性.本文中,还通过数值仿真研究了压电作动器数量与控制稳定所需时间的对应关系,另外还进行了控制律鲁棒性的研究.

基于神经网络PI的电静液作动器温度补偿控制方法研究

电静液作动器(Electro-hydrostatic Actuator,EHA)作为一种高性能集成化的动力执行器,广泛应用于航天航空、工业生产和军事领域。在不同油液温度下,液压油的体积弹性模量、黏度等性质会发生变化,从而对EHA的控制精度产生影响。针对此问题,首先建立了EHA数学模型;其次,设计了反向传播(BP)神经网络对比例积分控制器(PI)控制参数进行在线调节,补偿温度变化对跟踪精度的影响;最后,通过实验验证了传统PI控制的EHA跟踪精度与温度变化有着密切关系,并将BPPI控制器与PI控制器进行实验对比。实验结果表明,所设计的BPPI控制器在不同油液温度下平均跟踪误差之间的差值较PI控制器降低80%以上;且在相同温度下,平均跟踪误差较PI控制器降低60%以上。

航空永磁电驱动系统比例谐振型自抗扰速度控制器设计

襟缝翼机电作动器是飞机高升力系统中的关键运动部件,其速度控制对襟缝翼的姿态调节十分重要。然而,襟缝翼机电作动器易受到翼面周期性或非周期性气动载荷干扰,传统的比例积分型速度控制器性能实现受限。为此,本文提出一种基于比例谐振自抗扰控制器(ADRC),在抑制非周期性干扰基础上还可抑制特定次周期性干扰。周期性干扰通过采用比例谐振控制的扩展状态观测器来估计。通过试验,比较了比例积分型控制器、传统线性自抗扰控制器和比例谐振型自抗扰控制器的控制性能,验证了本文所提出的方法可以显著抑制干扰、提高机电作动器的速度控制精度,为飞机平稳起降提供技术支撑。

多缸同步提升电液系统建模和控制

针对多缸同步提升电液系统,在分析系统运动的数学模型和液压缸的冗余性问题后,提出一种具有二级的非线性系统控制器。该控制器的外环级采用线性多输入多输出系统的定量反馈控制理论和冗余性分析策略,以获得多缸同步运动所需的各缸期望负载压力；内环级由n个基于扰动观测的单输入单输出液压缸非线性负载压力控制器组成,用于在有扰动情况下实现对每个提升缸期望负载压力的精确跟踪控制。以四缸同步提升系统为实例的运行结果表明,该控制策略可以有效地实现多缸运动同步控制。

基于干扰观测器的非对称液压缸鲁棒运动控制

为实现对比例阀控制非对称液压缸系统的高性能位置伺服控制,提出了基于干扰观测器的新型鲁棒运动控制方法.在闭环控制中采用干扰观测器,对各种外部力扰动和系统参数变化进行估计并引入相应补偿,从而提高系统运动性能和鲁棒稳定性;对于比例阀中位死区,基于名义模型位置输出信息的新型补偿策略,保证在不牺牲系统动态品质的情况下,能有效地避免阀芯的频繁切换.对挖掘机器人关节液压缸系统进行计算机仿真的结果表明,该方法对外部力扰动和参数变化均具有很强的鲁棒性,且新型比例阀死区补偿环节能明显增强液压系统运动的平稳性.

新型耐压湿式比例电磁铁的研制与对比试验研究

为了简化加工工艺、减少制造成本,提出一种基于一体式导磁套的新型耐压湿式比例电磁铁结构,采用磁栅隔磁环结构代替传统的非导磁材料隔磁环结构.对此新型电磁铁和传统的非导磁材料隔磁环电磁铁分别进行磁场仿真和试验研究,结果表明:在静态试验中,两者的工作区域分别为2.4mm和2.2mm,且其最大力输出分别为22N和15N;在动态试验中,两者具有相似的动态力输出响应特性.与传统隔磁环比例电磁铁相比,该新型比例电磁铁具有近似的静动态性能,可以广泛应用于电液比例控制阀.

超高速比例电磁铁控制技术的研究

本文主要提出了一种新型组合式比例电磁铁及提高其响应速度的控制方法,采用PWM调制方式对组合式高速比例电磁铁进行控制,实现了组合式比例电磁铁大推力、高响应、高精度,使研制出的比例电磁铁的响应达到了200Hz以上,并可广泛应用于航空航天上的液压元件的控制、发动机气门开度的控制、纳米加工高精度定位执行机构的控制等领域中。

小型闭环比例气动舵机建模技术研究

对小型闭环比例气动舵机进行了分析,建立了完整的闭环比例气动舵机数学模型。建立的模型包括供气系统中的气瓶模型、减压阀模型、安全阀模型,闭环控制系统中的电磁铁模型、球阀放大器模型、气缸模型、曲柄和反馈电位计模型等。并对气动舵机仿真提出了初步研究,为下一阶段仿真研究提供了有效的借鉴。

空间光通信终端精跟踪伺服系统研究

为了提高空间光通信中的精跟踪伺服系统的跟踪精度,采用神经网络比例-积分-微分算法,解决精跟踪伺服系统设计中光斑抖动时变不确定性和压电陶瓷驱动中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足。通过3层结构反向传播神经网络自学习方法,在线调整比例-积分-微分控制器的系数,控制压电陶瓷驱动精瞄偏转镜偏转,最终达到精跟踪伺服系统优化控制。进行了理论分析和实验验证,取得了室内精跟踪数据。结果表明,神经网络比例-积分-微分控制算法增强了伺服系统鲁棒性,并提高了伺服系统实时性;采用400Hz 的 CCD,精跟踪伺服系统对40Hz 以下的抖动能有效抑制,基本能满足在空间光通信中跟踪带宽需要。

三位四通电液比例阀控缸动力机构的数学建模

以不对称电液比例方向阀控制不对称缸的动力机构为例,给出了建立适用于所有的三位四通电液比例阀控缸动力机构、考虑了背压力、油管、泄漏、节流槽形状、平衡点位置等诸多因素影响的数学模型。通过实验和仿真的对比,证明了建立数学建模的方法是正确的。

压电作动器驱动两级电液比例减压阀设计分析

针对以往采用压电作动器的减压阀必须采用压力传感器的不足,提出一种先导式比例减压阀.该阀采用压电作动器控制先导阀阀口开度,与先导供油器的固定节流孔形成分压作用,实现对先导压力的控制,进而控制主阀实现对主阀出口压力控制.对减压阀进行结构和原理分析,建立数学模型;用Simulink仿真分析结构参数对静动态特性的影响.采用调零弹簧将最低可控压力向下扩展到0;设计三台肩式阀芯结构,通过流场分析验证了该结构有效地减小液动力;根据仿真结果选择恰当的反馈阻尼孔尺寸,保证减压阀的动态特性.所设计的减压阀无须测量压力并闭环即可实现减压功能,具有良好的调压范围、调压精度,能实现快速稳定动态响应.

基于滑模控制的机载作动器摩擦转矩补偿研究

针对机载电动静液作动器(EHA)伺服系统中非线性摩擦产生的不良影响,提出了非线性滑模控制(SMC)方法。在对EHA伺服系统以及非线性摩擦特性进行分析的基础上,建立了EHA伺服系统各部分模型。通过SMC方法与典型比例-积分-微分(PID)控制方法的比较可知,滑模控制对抑制位置阶跃信号振荡、消除由于摩擦引起的正弦信号平顶(死区)等方面效果显著。仿真结果证明了非线性Stribeck曲线摩擦模型的合理性,也表明滑模控制器对非线性控制对象具有良好的控制效果。

摆动气缸位置伺服系统带摩擦力矩补偿的双环控制研究

该文对三通比例流量阀控制的摆动气缸转角位置伺服系统进行研究。分析了由非线性摩擦力矩引起的系统稳态误差及粘滑振荡现象;在此基础上提出采用带摩擦力矩补偿的双环控制,其内环为压力差控制,外环为位置控制,外环采用了摩擦力矩观测补偿器来减小非线性摩擦力矩对系统性能的影响。实验结果表明:与仅有位置控制环的控制策略相比,该方法提高了系统的稳态精度和动态性能。

基于压电比例阀驱动的精密气缸的研究

利用压电陶瓷的压电效应,研究了压电驱动式电气比例阀的动态性能,设计了气缸准确定位的测控系统,确定气缸准确定位的测控方法;测试了精密驱动气缸的位移和负载,绘出了气缸的位移-时间、负载-时间的特性曲线。

基于电液比例控制的襟翼驱动器液压加载系统

设计一套主要针对空客A319/A320飞机襟翼驱动器日常维护和深度维修的液压加载测试系统。在该系统的设计中,提出一种以S7-300PLC作为逻辑控制单元、传感器作为数据采集单元的电液比例控制方式,通过对比例阀和液压马达等部件的控制,模拟襟翼驱动器实际工况中的负载转矩。实验结果表明:采用上述电液比例控制的方式,该液压加载系统运行稳定,工作可靠,能够很好地完成襟翼驱动器的适航测试任务。

大功率AT电液换挡执行机构动态特性研究

为了提高自动变速器中离合器缓冲控制的精度,开展了对大功率液力机械自动变速器电液换挡回路的动态特性研究。分析了大功率液力机械自动变速器基本结构和工作原理,建立了电液换挡回路的AMESim模型,得到了在阶跃信号响应下电液换挡回路中关键参数随时间变化历程图。通过对结果的分析可得:该换挡回路响应迅速、稳定,能够满足自动变速器对电液换挡回路快速、精确的要求。

电液比例数控集成缸研究

本文研究了电液比例数控集成缸,阐述了它的结构及工作原理,提出了比例集成缸用数字控制器的软、硬件结构,进而对电液比例数控集成缸用于位置控制、速度控制,压力控制和位置(速度)——压力适应复合控制进行了分析和实验研究,获得了满意的控制特性。

智能微位移主动隔振模糊PID控制系统

为了解决精密加工设备的微位移隔振问题,研制了一种以压电陶瓷为作动器的智能微位移主动隔振系统。在现有数据采集系统和激振器的基础上搭建了相应的实验平台,提出将模糊-比例积分微分(fuzzy-proportional integral derivative,简称Fuzzy-PID)算法理论应用到微位移的主动隔振控制中,在实验室虚拟仪器工程平台(laboratory virtual instrumentation engineering workbench,简称LabVIEW)环境下开发了整个系统的算法控制程序,分别在扫频、随机和正弦激励信号下进行了微位移主动隔振实验。实验结果表明,受控后的振动位移大幅度降低,验证了该方法对微位移主动隔振的有效性。

执行器故障时变系统的PID迭代容错控制

对存在执行器故障的连续线性时变系统,给出了PID型迭代学习容错控制律的收敛条件。对连续时变故障系统设计了一种PID迭代学习容错控制律,在λ范数意义下给出了故障系统PID型迭代容错控制器收敛的充要条件;基于Schur补原理和不等式变换,将容错控制器收敛条件转换成线性矩阵不等式,当迭代学习收敛速度设定时,基于线性矩阵不等式能快速确定最优迭代控制增益,避免了迭代控制增益设置的盲目性。旋转控制系统的数值仿真,验证了PID迭代容错控制器优良的容错性能和跟踪性能。