基于RBF神经网络整定PID的电液比例系统位置控制研究

针对凿岩机械臂的电液比例系统位置控制精度问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络整定PID的电液比例系统位置控制方法。首先,在AMESim中搭建了阀控非对称液压缸的电液比例系统简化模型,设置了各个模块的参数;然后,利用MATLAB/Simulink搭建了系统闭环控制模型,通过不断更新RBF网络模型并修正PID参数,实现了基于RBF神经网络整定PID的电液比例系统位置控制目的;结合AMESim搭建的电液比例系统模型和Simulink下搭建的控制器进行了联合仿真;最后,基于凿岩台车机械臂实验平台,进行了电液比例系统位置控制实验。仿真结果表明:在受到外部干扰的情况下,RBF神经网络整定PID控制系统能够在0.3 s内控制活塞杆重新运行至目标位置,平均响应时间为1.5 s,位置精度误差不超过5 mm。实验结果表明:与常规PID控制方法相比,RBF神经网络整定PID控制活塞杆位置精度误差降低了75%,位置精度误差在工程实际要求的10 mm范围以内,因此,RBF神经网络整定PID算法可以有效提高电液比例系统的位置控制精度,满足凿岩机械臂实际工作中对电液比例系统位置精度的控制要求。

基于PPO算法的四旋翼无人机位置控制

针对四旋翼无人机的悬停控制及轨迹跟踪问题,利用近端策略优化算法来控制四旋翼飞行器,通过强化学习训练神经网络,将状态直接映射到四个旋翼,是一种用于在未知动态参数和干扰下控制任何线性或非线性系统的技术。基于回报塑形技术(The reward shaping of RL),提出了一种新颖的奖励函数,相比传统的PID算法,可以使无人机飞行更迅速且平稳。实验表明,四旋翼无人机可以以高精度高平稳的性能从三维中的定点悬停及轨迹跟踪,精度高达97.2%;文中的位置控制器具有泛化性和鲁棒性。

基于激发和汇聚注意力的扩散模型生成对象的位置控制方法

由于文本的模糊性和训练数据中位置信息的缺失,当前先进的扩散模型无法在文本提示的条件下准确控制生成对象在图像中的位置。针对这一问题,加入对象位置范围的空间条件,并基于U-Net中的交叉注意力图和图像空间布局的强关联性,提出一种注意力引导方法控制注意力图的生成,以控制对象的生成位置。具体地,基于稳定扩散(SD)模型,在U-Net层中的交叉注意力图生成的早期阶段,通过引入损失激发相应位置范围的高注意力值,减小范围外的平均注意力值,并在每一个去噪步骤中逐步优化隐空间中的噪声向量,从而控制注意力图的生成。实验结果表明,所提方法能明显控制一个或多个对象在生成图像中的位置,并在生成多个对象时能减少对象缺失、生成冗余对象和对象融合的现象。

物料运输设备的位置控制优化设计

介绍了自动化生产线中承担物料运送任务的物料运输设备的部件和功能,分析了常用的物料运输设备位置控制方法及其存在的不足,提出了在位置控制系统中增加称重器和编码器的优化的位置控制方案和参数计算方法,并建立仿真模型,通过仿真模型辅助确定位置控制系统相关参数。

基于备选矢量优化的永磁同步电机系统快速预测位置控制

针对永磁同步电机系统位置预测控制的传统价值函数中位置、转速、电流权重系数难以调整,且存在遍历法下控制电压矢量选择计算效率低的问题,提出一种基于备选矢量优化的有限控制集快速预测位置控制策略。首先预测带有电流、转速和位置信息的参考电压矢量,之后转化价值函数到电压量纲以省去权重系数,并将最大电流、转速限制项统一到电压量纲来实现对电流和转速的限制;之后通过求取参考电压矢量的位置进行备选矢量的优化选择,将备选电压矢量个数由8个缩减到3个,减少计算次数。最后,通过实验研究证明所提出的控制策略具有较好的动态响应速度和运动控制精度,且无需权重系数调整、计算次数节省约45%。

挖掘机铲斗电液伺服改进PSO-PID参数整定位置控制

挖掘机电液伺服系统的运行性能来达到调控挖掘机铲斗位置的功能,由于采用传统PID整定方法并不能获得优异控制效果,采用遗传算法与交叉算子、标准PSO算法进行PID整定,最后对其进行了实验验证。设计了一种经过改进处理的粒子群优化算法来实现对阀挖掘机铲斗电液伺服系统进行PID整定的过程,能够准确控制挖掘机铲斗位置,由此获得更高轨迹跟踪精度。为增强粒子群算法搜索性能,综合运用遗传算法与交叉算子来实现对标准粒子群的优化,显著改善PID控制器性能,根据推导得到的铲斗系统模型进一步开展仿真分析。分别以三种优化算法计算优化结果,再将其输入自动化挖掘机程序中,完成各参数修改后,再对平地控制过程进行模拟测试。根据实验测试可知改进PSO算法具备明显优越性。

基于变增益PID-TF的伺服系统位置控制研究

针对传统永磁同步电机(PMSM)伺服系统级联式控制结构存在位置调整时间长的问题,本文综合考虑了位置指令采样处理和机械摩擦特性,通过加入指令卷积预处理,提出了具有充分前馈特点的PID-TF位置控制结构,研究了控制器参数整定规律,设计了克服稳态误差的变积分增益自适应算法。仿真和实验结果表明,本文提出的方法,能有效提高伺服系统位置响应性能。

基于神经网络观测器的机械臂力/位置控制

针对机械臂末端运动受约束的力/位置控制中无法精确建模、模型具有外界干扰和关节角速度不可测等问题,设计一种基于神经网络观测器的补偿控制系统。首先,通过解耦力和位置控制,得到降阶动态模型。然后,利用神经网络速度观测器对关节速度在线估计,并用神经网络对降阶动力学模型中的不确定项进行逼近补偿滑模控制器。最后,基于Lyapunov稳定性理论证明系统稳定性,并对二连杆机械臂进行仿真。仿真结果表明所设计的控制系统的有效性。

多自由度机械臂的饱和输出反馈有限时间同步位置控制

针对输入受限的多自由度机械臂高精度位置控制问题,本文充分考虑驱动器饱和非线性的影响,提出了多自由度机械臂输出反馈饱和有限时间比例–微分(PD)+同步位置控制策略,应用Lyapunov稳定性理论和几何齐次性技术证明了闭环系统的全局有限时间稳定性.非线性饱和函数的恰当引入,使得所提出的控制器具有清晰明确的上界,可以通过预先选择满足特定条件的控制器参数有效避免驱动器饱和问题;同步控制项的恰当引入,使得所提出的控制器兼顾了多自由度机械臂各轴间的同步协调性,从而获得更快的收敛速度和更好的系统整体性能,满足工程实际对机械臂的高精度要求.本文的数值仿真结果验证了所提出的控制方法的有效性和可行性.

多轴机器人系统输出反馈有限时间同步位置控制

机器人的位置控制是机器人控制领域最基本、最简单的目标。针对多轴机器人系统的高精度位置控制问题,文中结合交叉耦合技术,提出一种输出反馈非线性PD加重力补偿(PD+)同步位置控制器,应用Lyapunov稳定性理论和几何齐次性技术严格证明了闭环系统的全局有限时间稳定性。相比于渐近稳定的全状态反馈控制,所提出的控制器能实现只基于位置测量的多轴机器人系统输出反馈有限时间稳定位置控制;相比于渐近稳定的输出反馈控制,所提出的控制器能实现系统状态的有限时间稳定;相比于不含同步控制项的输出反馈控制,非线性同步控制项的恰当引入使得所提出的控制器能在保证多轴机器人系统的高精度位置控制的前提下,兼顾各轴间的同步协调运动。所提出的控制器具有结构简单、易于实现、更快响应速度和更好系统整体性能等优点,满足生产实际对机器人系统的高精度要求。数值仿真结果验证了所提出的控制算法的有效性和期望系统性能。所提出的控制方法不仅保证了多轴机器人系统的输出反馈全局有限时间稳定同步控制,同时也为一大类非线性二阶系统的输出反馈同步位置镇定提供了一种有效的替代方法。

基于增材制造旋转直驱伺服阀的肢腿运动单元位置控制研究

液压腿足式机器人因其可承受大负载、具有更高的速度上限等优势被广泛应用于物资搬运、地形侦查等场景。伺服阀作为液压系统中的控制元件,与机器人作业过程的运动稳定性、地形适应性、节能等方面都存在着密切关联。目前腿足式机器人系统普遍应用喷嘴挡板式伺服阀,不同阀型号的选择往往只需要满足阀的频响、压力、流量等指标,并且伺服阀的数学模型也通常近似为低阶环节,这在设计中弱化了伺服阀对系统的影响。为探究不同结构伺服阀与控制系统最佳匹配问题,研究了增材制造旋转直驱式伺服阀在机器人位置控制系统中的性能,并将其与传统喷嘴式挡板阀作比较,分别建立其数学模型并在单腿试验台上完成实验验证。结果表明,在相同的流量压力需求下,应用旋转直驱阀的控制系统足端阶跃响应时间减少了14%,足端正弦轨迹跟踪误差减少了21%。

基于步进电机的时变边界层滑模位置控制研究

文章基于两相混合式步进电机控制系统,将滑模控制算法应用于位置控制,以改善系统动态性能和抗干扰性,同时,为削弱滑模控制中的抖振问题,设计了一种时变边界层的控制算法,在等速趋近律的基础上将时变边界层算法应用于电机位置控制系统;通过MATLAB/Simulink进行了仿真实验验证,并进一步完成了实际实验,证明了文中提出的控制算法可以对传统滑模控制中的抖振问题进行明显地削弱,且动态性能较为良好;通过对比实验,将文中应用的控制算法与传统的PID控制算法在突加负载的情况下进行对比,证明了应用时变边界层控制算法的两相混合式步进电机位置控制系统的优势性。

基于改进自适应超螺旋观测器的永磁同步电机无位置控制

针对永磁同步电机无位置控制的传统观测器在具有一定初始误差情况下跟踪性能较差问题,并且对于观测器中的电气参数变化会影响位置估计误差的问题,提出了一种改进型自适应超螺旋观测器的无位置控制策略。首先,对超螺旋观测器的控制率进行改进,在原有低幂次结构基础上,增加了高幂次项,以提高观测器在较大误差范围内的跟踪性能。其次,通过分析电阻误差对于估计位置的影响,设计了电阻估计自适应律,以消除电阻参数变化带来的影响,改善了观测器在低速时的位置估计效果。然后,设计了整体观测器方案的李雅普诺夫函数,并证明了所提出观测器的稳定性。最后,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,并通过试验验证了所提控制策略的可行性和有效性。

基于PLC的液压机械臂闭环位置控制设计

全液压钻机的作业过程需要液压机械臂去完成钻具移送和钻杆对接等精准的位置控制,由于液压本身参数摄动和野外作业环境造成外部干扰等不确定因素的影响,使得位置控制变为不确定非线性系统。为了保证控制结果的稳定和准确,该文应用PLC系统作为核心来保障整个装置控制的正常运行,分别从控制算法和位置反馈信号的角度出发进行了优化设计。单纯PID控制不能很好地满足系统的控制要求,系统使用了模糊PID控制算法,以使系统达到毫米级精度的控制要求,同时引入了稳定性量化因子,加快系统收敛速度的同时保证了系统稳定性。控制系统整体运行具有更好的鲁棒性,维护简单方便,满足了工艺需求,为设备整体的全自动做了准备工作。

基于自抗扰控制技术的起重机位置控制系统研究

在起重机的起吊工作过程中,由于起吊重物的摆动、变幅臂弹性变形等因素引起的未知负载干扰,会导致起重机的位置控制系统稳定性降低。针对这一问题,提出了一种基于自抗扰控制算法的泵阀协同位置控制系统。首先,介绍了液压起重机泵阀协同位置控制系统的组成和原理,建立了系统的数学模型,提出了变幅机构的位置控制策略和具体的控制方法,并设计了一种自抗扰控制器;然后,建立了起重机变幅系统位置控制系统的元件仿真模型,并进行了元件试验,对仿真模型的准确性进行了验证;最后,建立了AMESim和MATLAB联合仿真模型,对自抗扰控制器的位置控制性能和系统稳定性进行了研究。研究结果表明:与传统的PID控制器相比,所设计的自抗扰控制器(基于自抗扰控制算法的泵阀协同位置控制系统)对S型曲线位置跟踪误差减小了1.2 mm;同时,所设计的自抗扰控制器比传统的PID控制器具有更高的稳定性。

基于多传感器互补融合的无人机姿态与位置控制研究

为满足无人机高精度的飞行控制系统设计需求,稳定而精确的完成无人机的姿态与位置控制是无人机控制研究的必要条件.无人机在空中飞行姿态与位置复杂多变,利用多传感器的多源信息可以在控制策略、导航定位、信号传输、数据处理、实时姿态解算等方面得到优化,完成持续而高效的飞行姿态与位置控制.通过融合滤波多种传感器的实时参数信息,可以有效避免单一传感器性能不足,无法持续而精确控制的问题,消除误差干扰,提高无人机的姿态、速度、位置的控制,同时增强其稳定性与适应性.采用互补滤波融合的实时信息获取方法,融合多种传感器数据,通过PID控制算法实现姿态与位置控制,实现无人机平稳飞行和定点飞行.测试结果表明,无人机姿态角波动范围控制在0.04度之内,飞行姿态保持良好,在定高定点模式下,高度控制在10cm的上下波动区间,水平方向总体漂移幅度控制在0.5m之内,具备良好的定高定点飞行的能力.

基于在线差分进化算法的平面开关磁阻电机约束预测位置控制

模型预测控制方法在解决平面开关磁阻电机非线性、不确定干扰、约束等问题具有突出的优势,有望实现平面开关磁阻电机的高精度约束最优控制,目前平面开关磁阻电机约束预测控制亟需解决在线计算量大、内存大的问题。为快速、精确地求解平面开关磁阻电机约束预测控制在线优化问题,并获得小内存控制器,提出基于在线差分进化算法的约束预测位置控制方法。基于电机的多步预测位置模型,建立考虑输入约束的电机预测位置控制器,采用设计的差分进化算法在线求解最优控制量,构建具有摩擦补偿的电机约束预测位置控制系统。为提高差分进化算法的收敛速度并获得更优解,采用缩小种群范围、生成分区种群个体以及优化初始种群的操作产生初始种群,利用优化的变异因子和交叉因子对种群个体进行变异和交叉操作,将预测控制的代价函数作为适应度函数对种群个体进行选择操作。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

基于单相无刷直流电机的高效全速域无位置控制策略

以单相无刷直流电机(SPBLDC)控制系统为研究对象,针对小型风机位置传感器安装受限等问题,提出基于单相无刷直流电机的高效全速域无位置控制策略,该策略通过单相I/f电流幅值与功率因数补偿相结合的控制方法实现。通过构建SPBLDC的小信号模型,根据小信号根轨迹分析法,分别对单相I/f电流幅值控制以及单相I/f电流幅值与功率因数补偿相结合控制方法下系统全速域稳态及动态调速过程进行稳定性分析,选取了合适的升速斜率,理论分析了该控制策略能够提高电机运行效率,同时保证系统全速域均具备良好的稳定性能。在Matlab/Simulink环境中仿真验证该控制策略下系统全速域均高效运行于最大转矩/电流比状态,电机转速、电流收敛性能及稳定性均有提升。最后,实验验证了该控制策略的有效性及工程应用的可行性。

基于单神经元自适应PID算法的直流有刷电机位置控制系统设计

位置控制式直流有刷电机在生产和生活中有广泛的应用。在一些控制惯量大、力矩变化、非线性强的应用场景中,现有的直流有刷电机位置控制系统具有成本高、适应性不强、鲁棒性差等缺点。因此,本文设计了基于双闭环单神经元自适应PID算法的直流有刷电机位置控制系统。搭建了基于STM32单片机的电机控制试验台并对控制系统进行了验证。实验结果表明本文设计的的控制系统具有适应性强、运行平顺、抗干扰能力强、控制精度高的优点,为低成本直流有刷电机控制系统提供了一种有效的方案。

基于S7-1200 PLC的步进电机位置控制

基于步进电机驱动原理,对步进电机驱动方式进行分析,提出了基于西门子S7-1200系列PLC的步进电机位置控制装置的电气系统硬件接线及软件设计。通过测试,该装置能对位置进行精确控制及状态监控,在光伏发电追光系统中可用于光伏板的控制,也适用于PLC运动控制教学实训,在自动化装置中有较好的推广价值。