数控压机伺服控制系统复合控制器I-ABC与PID优化

为了提高数控压机伺服控制系统的控制精度,针对伺服控制系统运行控制过程构建数学模型,在人工蜂群算法基础上融入了云分析模型,之后采用改进人工蜂群算法(Improved Artificial Bee Colony,I-ABC)调节比例-积分-微分(Proportional Integral Differential,PID)参数,建立了一种复合控制方法。研究结果表明:以I-ABC进行PID控制时,可以使幅度差降低到0.4%,相位差基本在-0.54°之内,系统加载精度也获得了明显提升,表现出了更优的跟踪性能。以I-ABC进行PID控制时,能够对多余力起到明显抑制作用,响应速度也获得明显提升,可以有效满足系统的准确控制要求。在系统内加入干扰信号,引入I-ABC实施PID调节可以减小系统超调量,还可以获得更短调节时间,使系统获得更强抗干扰性能。

基于刚度可调的气动位置伺服系统摩擦补偿控制

气动伺服系统的低刚度、低气源压强、流量易饱和等特性,导致系统在工作过程中能量耗散较大,系统易受摩擦影响,且补偿效果不明显。尤其是当系统的运动方向改变时,会产生明显的“平顶现象”,严重影响气动伺服系统的跟踪精度。采用负载口独立控制结构,消除因两腔耦合而导致的能量耗散,使系统流量特性尽可能地位于线性区间;针对气动系统中存在的摩擦中部分参数不确定,以及外界干扰、动态负载的不确定性,设计非线性自适应鲁棒控制方法;将系统的刚度调节与自适应鲁棒控制进行协同控制,提高气动位置伺服系统的动态性能。仿真和实验结果均表明:具有刚度调节的自适应鲁棒控制能够明显降低系统能量耗散,提高系统位置跟踪精度,有效改善摩擦引起的“平顶现象”。

数控机床伺服系统参数设计数字孪生实验平台

为解决数控机床伺服系统参数设计相关实验,在真实机床上难开展、高耗材、安全风险大等问题,提出了一种“基于MCD+PLCSIMAdvanced+TIA架构的伺服系统参数设计数字孪生实验平台”设计方案。该方案将机床模型实体与数字孪生实验平台有机地结合起来,以“单轴伺服系统参数优化设计实验”为例,对数字孪生实验平台伺服系统的相关参数进行了调试与优化,并在机床模型实体上对其所得参数的准确性进行了验证,同时也证实了该数字孪生实验平台设计方案的可靠性。

基于深度神经网络的电液伺服泵控系统健康评估研究

电液伺服泵控系统具备功重比高、响应快等优点,在多领域得到广泛应用,但如何针对该系统开展更有效健康评估,进一步保障系统的安全性和可靠性成为必须面对的问题。按照明确原理、建立数学模型、建立仿真模型、仿真分析的思路针对健康评估方法开展研究,提出油液体积含气量、气隙磁密、泄漏系数3个健康评估指标并确定阈值,构建了LGA(LSTM-GRNN-ANN)深度神经网络健康评估方法并进行仿真分析,结果显示该方法准确率约为97.48%,比LSTM、GRNN健康评估方法具有更高的准确率,为继续深入开展电液伺服泵控系统健康评估的研究提供了理论支持。

考虑电压电流限制的伺服电机无纹波转矩控制

针对伺服系统无刷电机正弦电流转矩控制纹波较大的问题,提出了一种无刷伺服电机在任意反电动势波形下的无纹波转矩控制,实现了电机驱动器在有限电压、电流范围内的功率损耗最小。首先,建立了有限电压、电流范围内的电机模型,推导了电压、电流范围边界的不等约束条件;其次,利用拉格朗日乘数法求解等效二次规划问题,提出了最优转矩控制策略;最后,在三相18极同步电机的实验平台上进行了3种情况的实验验证。结果表明,所提控制策略在相电压、电流饱和时,仍能实现转矩的精确控制,输出期望转矩;在发生单相故障时,可以隔离故障相,同时通过优化励磁电流使非故障相达到预期的转矩输出,减小了转矩纹波。

不确定电液伺服系统的时变输出约束自适应滤波控制

针对电液伺服系统位置跟踪控制中存在的输出约束和不确定性问题,提出一种基于正切型时变障碍Lyapunov函数的输出约束自适应滤波控制方法。构造具有时变约束边界的正切型时变障碍Lyapunov函数,通过时变边界函数的参数设置,使系统输出具有较好的瞬态和稳态性能;设计径向基函数(RBF)神经网络及权重自适应学习律,在线逼近由模型不确定性和未知干扰组成的复合干扰,并将逼近值用于反馈控制;采用二阶指令滤波反步法设计状态反馈控制律和误差补偿机制,避免反步设计中“计算爆炸”的问题,同时消除滤波误差,提高系统位置跟踪精度;依据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统中所有误差信号的收敛性。仿真结果表明:系统的稳态误差在所提方法下约为3.48×10^(-8)m,相比于其他控制方法,跟踪误差始终约束在时变的约束边界内,跟踪精度和控制性能均得到提升。

快速刀具伺服系统位置域重复控制设计及其数字实现

在非圆零件车削过程中,快速刀具伺服(Fast tool servo,FTS)的运动精度直接影响零件的加工质量.主轴变速加工使得FTS的参考目标信号周期时变而不确定,这对实现其渐近跟踪提出了极大的挑战.本文利用FTS的位置域周期特性,提出一种基于位置域重复控制和时域速度反馈镇定的FTS系统复合控制设计方法,并给出位置域改进型重复控制器(Spatial modified repetitive controller,SMRC)的数字实现算法,实现对时变周期参考目标信号的高精度跟踪.首先,建立包含位置相关时变周期参考目标信号内模的SMRC,并引入位置域相位超前装置对镇定补偿器引起的相位滞后进行补偿,在此基础上构建复合控制律.然后应用小增益定理和算子理论,推导出控制系统的稳定性条件,在保持系统采样频率不变的条件下,应用插值法建立SMRC的数字实现算法,确保位置域重复控制和时域镇定控制器的同步执行.最后,通过仿真验证所设计的FTS控制系统具有满意的时变周期跟踪性能和鲁棒性,并通过与其他位置域重复控制方法的比较,说明所提方法同时具有更好的暂态和稳态性能.

电液位置伺服控制系统设计与实验验证

针对电液位置伺服系统存在外部不确定性扰动和非线性等问题,采用基于敏感度分析(SA)和粒子群优化(PSO)的径向基函数(SAPSO-RBF)神经网络设计电液位置伺服控制系统。利用SAPSO-RBF神经网络估计伺服系统模型中的未知参数并设计伺服系统滑模控制器,同时搭建双出杆对称液压缸电液位置伺服控制系统实验装置。SAPSO-RBF神经网络滑模控制方法与传统滑模控制方法对比实验结果表明,SAPSO-RBF神经网络滑模控制方法具有更高的跟踪精度、更强的鲁棒性,并且系统抖振得到了有效抑制。

机械反馈式伺服阀流量测试动态缸参数选用分析

相比电反馈伺服阀动态特性可直接通过阀芯位移响应测试获得,机械反馈式流量伺服阀的动态特性,通常需利用动态缸作为流量传感器间接测量获得。测试结果受动态缸泄漏、阻尼、质量惯性等固有非理想化因素的影响,通常无法准确表达伺服阀本身的性能指标。基于一套实际阀控缸系统,建立Matlab-Simulink仿真模型,解析获得的频带宽结果相比实测结果误差小于0.5%,由此建立了可准确表达阀与缸性能特性的仿真模型。在此基础上,理论给出了伺服阀本身的频率特性指标,即无泄漏无阻尼及无限刚度动态缸条件下的系统频率特性。以此为依据,分析了实际动态缸活塞质量、活塞粘性阻尼以及泄漏变化情况下,阀控缸系统频率特性偏离理想条件的变化规律。

伺服阀旋转直驱超声电机机理与特性

针对某旋转直驱式伺服阀对驱动电机小长径比紧凑型结构形式的设计要求,从伺服阀功率级200 Hz动态响应需求出发,设计了一款环形行波型超声电机。分析了超声电机的基本工作原理并建立了超声电机定子转子摩擦传动模型,搭建了超声电机特性测试实验台并进行了转矩-转速测试,实验结果与仿真结果一致,验证了电机设计的合理性。在此基础上,进行了超声电机驱动频率和驱动电压的影响特性分析,结果表明超声电机在49.8 kHz的驱动频率下具有最大的工作效率,驱动电压大于110 V时可以满足伺服阀转速与转矩工作需求,并且在49.8 Hz的驱动频率和110 V驱动电压条件下可以接近最大的工作效率。

汽车EPS伺服变幅加载系统PID建立DNN控制优化

为了进一步提高汽车电动助力转向电液伺服加载系统运动精度,设计了一种PID建立DNN控制系统。通过柔性联接的模式构建电液位置伺服系统,确保在瞬态平衡响应过程中快速完成控制。搭建了柔性电液位置伺服调控测试,并开展调控效果分析。研究结果表明:通过PID建立的DNN控制器在校正柔性联接电液位置伺服参数方面发挥了关键作用,整体响应时间大幅缩短,确保系统频段动态控制效果获得明显改善。采用DNN控制器调节柔性连接电液伺服系统时,能够有效增强系统低频负载位移精度,避免发生幅值衰减的问题,能够以更高精度跟踪柔性连接电液位置伺服参数,促进了系统跟踪性能获得明显改善。该研究对提高汽车运行稳定性以及节能具有很好的理论支撑作用。

一种用于电液位置伺服系统控制的高阶滑模控制器的设计

这里提出了一种用于电液位置伺服系统控制的高阶滑模控制器的设计,以提高电液位置伺服系统的控制准确度。从电液伺服系统的构造出发,分析了其组成结果与工作过程。以外界输入电压为依据,求取了滑阀的动力学模型,通过液压缸两个子缸压力差值形成的负载压力,计算出了滑阀动态运动时产生的流量,并通过负载压力得出了负载的位移平衡方程,进而以滑阀位移、负载位移及输入电压等系统的状态参数,获取了电液伺服系统的动力学模型。引入超螺旋控制器和广义超螺旋控制器的一般表达形式,以输入电压误差及负载位移误差为依据,构造了系统的滑动面函数,并将滑动面函数的导师与超螺旋控制器相结合,构造了基于超螺旋控制器的滑模控制器,为了提高系统的收敛速度,在基于超螺旋控制器的滑模控制器的基础上,借助广义超螺旋控制器,构造了高阶滑模控制器,以对电液位置伺服系统进行控制。实验结果表明,所提算法不仅具有较好的响应速度,而且对电液位置伺服系统的控制准确度较高,在对目标轨迹跟踪时,所提方法比模糊干扰观测器方法的跟踪准确度提高了33.11%。说明所提方法对电液位置伺服系统具有较好的控制性能。

微小流量旋转直驱伺服阀传控特性分析与优化

针对无人机、战术弹、支线民航等小型飞行器航空发动机燃油计量系统与推力矢量系统微小流量的伺服控制需求,就旋转直驱伺服阀偏心球副传动接口与非全周节流阀口等关键结构进行了尺寸约束设计分析,并就节流阀口宽度、球副偏心距以及驱动电机转动惯量等重要参数进行了优化分析,给出了伺服阀结构设计的优化区间。在此基础上,研究提出了电机转角与电流双闭环控制方法,幅频响应实测结果与理论分析较为一致,200 Hz以上高频响应满足实际需求,且双闭环控制方法大幅降低了伺服阀响应超调并提升了稳定性。

液压伺服滑阀工作边冲蚀行为及影响因素

液压伺服滑阀阀口工作边易受油液中颗粒污染物的冲蚀作用,诱发伺服阀性能退化。采用阀口工作边淹没射流冲蚀可视化实验和固液两相流数值计算方法,研究颗粒冲击工作边的冲蚀行为及影响因素。结果表明:颗粒冲击工作边的冲蚀行为主要有刮擦-滑动、碰撞-滑动、悬浮-翻转以及边碰行为;1.05 MPa下,边碰行为颗粒的最大速度可达40.41 m/s,冲击能最高,且反弹速度最小仅4.59 m/s,对工作边产生的冲蚀破坏最大;1.2 MPa颗粒冲击比与边碰率比0.9 MPa和1.05 MPa更高,分别为46%和7%;冲击比和边碰率随粒径增大而增加;低黏度油液的冲击比和边碰率大于高黏度油液,黏度为0.01634 Pa·s时分别可达94%和17%。研究结果对揭示液压伺服滑阀冲蚀破坏机理及抗冲蚀设计具有重要意义。

合模机器人设计及无标定视觉伺服控制方法研究

针对当前铆接过程中合模工艺主要依赖人工完成而导致的工作效率低下问题,设计了一种合模机器人末端执行器,以提高自动化程度和作业效率。为解决工件超出相机视域的问题,提出了一种基于改进图像矩的无标定视觉伺服控制器。在合模过程中,采用递推最小二乘法(RLS)在线估计图像雅可比矩阵,并结合扩展Kalman滤波器,实时输出机械臂关节变化量,以对RLS估计模块进行反馈。仿真结果表明,该控制方法在图像位于相机视域内以及超出相机视域时均能有效提取图像特征。与仅使用RLS方法相比,基于图像矩的控制方法在特征提取效率和抗噪声能力上表现出更优越的性能,且图像矩特征误差的收敛速度更快。实体实验进一步验证了该方法在工件超出相机视域情况下的准确性,成功解决了传统方法的局限性,使合模机器人能够精确定位工件并到达目标位置,从而显著提升铆接过程的自动化水平和工作效率。

中国机器人伺服控制技术竞争力及提升路径

中国机器人核心技术竞争力与国际领先国家相比仍有很大的差距,迫切需要提升以伺服控制技术、减速机技术等为代表的机器人核心技术竞争力。文章采用专利信息数据从专利数量、专利质量、专利价值三个维度对中国机器人伺服控制领域的技术竞争力进行分析,并将其与美国、德国、韩国等领先国家进行比较,剖析中国机器人伺服控制技术发展过程中的优势与不足,最后从技术联合研发、聚焦关键技术、研发方向等方面提出了技术竞争力提升的路径。

直流电机位置伺服系统新型控制策略研究

针对伺服系统控制器参数设计的复杂性和系统抗干扰性低的问题,设计了内模PID速度控制器和基于指数趋近律的滑模变结构位置控制器,并通过李雅普诺夫理论对系统的稳定性进行分析。速度控制器采用内模PID控制,只调节滤波器参数λ,避免了因调参困难而影响伺服系统的控制精度;位置控制器采用滑模控制方式,对参数变化以及外界影响等因素具有强鲁棒性。仿真和实验结果表明,所提控制系统能够满足对直流伺服电机位置控制的快速性和准确性要求。

Ka频段车载遥感站天线伺服控制系统设计

针对Ka频段7.3 m车载遥感站天线高精度标校、窄波束跟踪等应用需求,提出一种多数据源融合的跟踪控制方法。该方法采用双GPS/北斗定北和太阳标校相结合的角度校准方法,提高了天线捕获概率,解决了车载站天线难捕获以及车载站转场后伺服高精度角度标校的问题;综合利用天线系统中的接收机跟踪误差数据、程序跟踪点位数据、外部引导角度数据和天线实时角度测量数据,通过自适应加权最小二乘方法进行数据融合跟踪,提高了车载站天线伺服控制系统跟踪精度和跟踪性能。测试结果表明,组合标校方法实现天线外场角度标校精度优于0.02°;多源融合跟踪与单一数据源跟踪相比,伺服控制系统跟踪误差减小了30%以上,跟踪精度优于1/15个波束宽度。验证了组合标校和多源融合跟踪方法的有效性,可用于指导大口径高频段遥感接收天线伺服控制系统设计。

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。

火箭游动发动机的增益伺服控制算法

现役火箭游动发动机配套的电液伺服机构具有结构高集成化、大摆角行程的特点,其与发动机组成的推力矢量控制系统具有较大非线性,传统的控制方法容易出现大摆角下发散抖动现象。为解决上述问题,同时满足火箭对推力矢量系统的快速性要求,提高系统可靠性,建立其推力矢量伺服控制模型,分析出易抖动的原因,并提出了变增益PID与陷波函数补偿的复合数字控制方法。仿真与试验结果均表明,该控制方法有效地抑制了电液伺服机构的非线性因素对系统稳定性的影响,最小稳定裕度提高5~7 dB。