加速度观测器设计与仿真

介绍了利用状态反馈综合带加速度反馈的最优控制系统 .利用系统所检测的位置量和速度量设计了加速度观测器 ,并对综合的最优控制系统进行仿真 ,包括系统幅频、相频特性及状态估计值与真实状态之间的误差 .最后给出了有、无加速度观测器反馈时系统跟踪晃动误差曲线 .带加速度观测器反馈系统使晃动误差减小 84% 。

一种基于位置信号线性拟合差分滤波器串联的二阶差分角加速度观测器

角加速度闭环能增加伺服控制系统的刚度,提高系统鲁棒性,但位置信号的二阶差分运算会放大高频噪声幅值,限制了加速度闭环在实际控制中的应用。首先,对三种基于多项式曲线拟合的角加速度观测器性能进行了分析,结果表明二次多项式角加速度观测器具有最优的综合性能;其次,为了抑制噪声,提出了一种基于位置信号线性拟合的串联二阶差分角加速度观测器,从截止频率、白噪声放大倍数和延时时间三个方面对其性能进行了分析,并与二次多项式角加速度观测器进行了对比,仿真和实验均验证了该方法具有更好的噪声抑制能力。

基于积分链式卡尔曼滤波器的角加速度观测器的噪声参数整定及性能研究

噪声统计特征值的整定是积分链式卡尔曼滤波器(IKF)的设计要点。针对噪声统计特征值的整定进行研究,推导出积分链式卡尔曼滤波器的离散噪声统计特征值与离散采样周期的函数关系,定量分析了积分链式卡尔曼滤波器的离散噪声统计特征值的跟踪性能。在此基础上,提出了一种定量计算噪声统计特征值的方法,通过滤波器截止频率、离散采样周期直接计算得到噪声统计特征值,改变了以往的仿真-实验-调整环整定方法,简化了设计流程。仿真和实验验证了所提出方法的有效性。

基于光电编码器的角加速度观测器设计

现代伺服控制系统中经常需要加速度信息来实现加速度反馈控制,在旋转运动形式的伺服系统中,通过基于电机模型的观测器算法估计出角速度或角加速度,其性能远远不及采用角加速度传感器直接测量的方法,而角加速度传感器又存在价格昂贵和技术指标适用范围窄的问题。论文提出了一种角加速度观测方案,利用光电编码器输出的角位移信号及观测对象的模型信息,估计出伺服系统角加速度,并通过RT-LAB实验平台进行硬件在回路仿真实验,能够实现对角位移、角速度和剧烈变化的角加速度的观测,效果良好,验证了算法的鲁棒性和精确性。论文提出的角加速度观测方案还可以应用于非电机驱动的伺服系统中,其适用范围更广,成本低,更适合工程应用。

电液位置伺服系统一维数字加速度状态观测器及其应用

提出了一个适合电液位置伺服系统的一维数字加速度状态观测器。该观测器实现简单,观测速度快,解决了电液位置伺服系统加速度状态难以获取的问题。经仿真证明,这种一维数字加速度状态观测器能够获得令人满意的观测效果,具有广阔的应用前景。

基于Friedland-Park非线性观测器的气动伺服系统控制研究

由于气动位置伺服系统非线性强、快速精确控制比较困难,该文设计了Friedland-Park非线性加速度观测器,结合实验研究,采用位置、速度、加速度闭环变参数控制策略进行气动伺服系统的位置控制研究。该策略既可以避免位移信号重复微分而引起的失真,又有效地抑制了非线性摩擦力的干扰。实验结果表明,该控制策略结构简单,实用性强,控制精度达到要求,适合推广应用。

适用于风电机组传动链地面测试的改进型风力机动态模拟方法

风力机模拟器是风电机组传动链地面测试系统的关键部件之一,研究风力机静动态特性的精确模拟技术具有重要的现实意义。论文首先总结分析目前常用风力机模拟控制方法及其存在问题;在此基础上,阐述了风力机静动态特性模拟方法,推导给出了实现转动惯量补偿的风力机模拟系统输出转矩控制方程,针对动态转矩补偿引入的微分环节可能引起的系统稳定性问题,提出了基于龙伯格加速度观测器的改进型风力机动态模拟控制策略,并分析了系统稳定性;最后进行了仿真和实验研究。仿真和实验结果表明:采用所提控制策略,可以真实模拟实际风力机大转动惯量的动静态特性,在实现动态转矩补偿的同时无需引入微分环节,有效提高了系统运行的稳定性。研究结果可为风电机组的动态模拟提供参考。

无轴承永磁电机悬浮波动抑制策略

无轴承电机运行过程中不可避免地产生悬浮波动。悬浮波动过大会影响电机性能,有效抑制悬浮波动是保证电机正常工作的关键。考虑到无轴承电机悬浮控制常用的PID控制算法对扰动抑制针对性不强的缺点,在分析悬浮波动源和常规观测算法不足的基础上,以一种交替极无轴承永磁电机为研究对象,提出利用线性扩张状态观测算法对电机悬浮转子径向扰动加速度进行观测。通过分析扰动加速度与电流控制量之间的关系,提出等效扰动电流的概念。将等效扰动电流补偿到悬浮控制算法中以抑制悬浮波动。与仅采用PID控制算法相比较,仿真结果表明所提控制策略能够抑制悬浮波动,实现电机稳定悬浮。

电动负载中惯量电模拟实现方法

为了克服电动负载中惯量机械模拟方法的固有缺点,研究了惯量电模拟及其实现方法。在分析惯量电模拟原理的基础上,提出了基于Luenberger观测器的加速度估计方法。为了验证实现方法的有效性,以双闭环直流调速系统作为被试验对象,采用与机械模拟相比较的方法,分别模拟不同的负载惯量,分析了突加给定工况的动态调节过程,结果表明本文提出的惯量电模拟方法是可行和合理的。

三轴稳定卫星扫描镜伺服系统的谐振抑制

本文针对三轴稳定卫星中的扫描镜伺服系统在运行时产生的机械谐振现象,采用在反馈回路中加入加速度观测器的方法抑制此类机械谐振.首先针对大惯量扫描镜伺服系统的机械传动结构建立研究模型,通过数学推导和仿真分析谐振产生的原因及谐振对系统控制性能的影响;然后采用加速度观测器方法,将观测出的加速度反馈到伺服系统电流环的前端对谐振进行补偿,并分析了噪声对观测器性能的影响与限制;最后的仿真结果表明,相比于采用陷波滤波器抑制谐振的方法,采用加速度观测器能更为有效地抑制三轴稳定卫星中扫描镜伺服控制系统中的机械谐振,并提高系统的控制性能,且设计的观测器对噪声具有良好的鲁棒性.

高精度低连接刚度大惯量扫描镜控制系统设计

针对三轴稳定卫星内低连接刚度条件下的大惯量扫描镜负载在低速摆动时易出现机械谐振的问题,基于电流-速度-位置三闭环控制结构,研究并提出一种有效的易于工程实现的优化控制方法,抑制机械谐振同时提高扫描镜系统的控制性能。首先,根据动力学关系对低刚度连接的电机与扫描镜控制对象建立理论的简化控制模型。然后,分析加速度反馈抑制谐振、提高系统控制性能的原因,并借助电流和位置反馈信号建立加速度观测器获取电机加速度并反馈,仿真分析该方法的优化效果。最后,在实际系统上进行实验检验,对比系统控制误差的变化。结果表明:提出的优化控制方法能够有效地抑制机械谐振,提高系统的控制带宽和动态精度。