超低速大惯量比永磁同步电机高精度位置伺服控制研究

针对航天系统中超低速、大惯量比条件下永磁同步电机(PMSM)高精度位置伺服控制这一难题,通过建立PMSM数学模型,基于矢量控制策略,采用电流环、速度环及带速度前馈位置环的三闭环控制结构,建立了基于直驱方式的PMSM位置伺服控制系统,并对其控制环路进行设计。在此基础上对伺服系统的位置跟踪性能进行了分析和验证。最后基于EAS开发平台对系统进行了实现。实验结果表明:基于直驱方式的PMSM能够实现超低速、大惯量比条件下的高精度位置伺服控制,其位置控制精度小于3角秒,能够为航天系统应用设计提供参考依据。

提升柔性直流系统惯量主动支撑能力的自同步解耦控制策略

针对电力电子化电力系统低惯量特性引起的频率稳定问题,从挖掘电网输电环节调控潜力的视角出发,提出了提升柔性直流系统惯量主动支撑能力的自同步解耦控制策略。定量分析了利用柔性直流系统能量裕度提升系统惯量水平的可行性,提出了计及子模块电容和电感元件能量裕度的换流站自同步控制策略,在实现无锁相环自同步的同时主动支撑受端系统惯量;在此基础上,为了解决现有控制中直流电压安全约束限制电容能量利用的问题,提出了柔性直流系统直流电压与子模块电容电压解耦控制策略及参数设计方法,通过自适应调节子模块投入数量与电容电压参考值,实现柔性直流系统内储能元件能量裕度的充分利用,并设计了其恢复策略及启动判据,有效提升了受端系统惯量水平和频率稳定性。定量评估了柔性直流系统的惯量支撑能力,并通过实时数字仿真验证了所提控制策略的有效性。

电液混合驱动大惯量回转系统特性与能效分析

为了解决大惯量回转系统频繁启动和制动作业导致节流损失大和制动动能浪费严重的问题,提出一种电气和液压混合驱动大惯量回转系统。系统采用永磁同步电机作为主动力源,控制回转系统运动;由蓄能器提供动力的液压马达作为辅助动力源,为电机启动加速提供扭矩补偿,蓄能器高效回收制动动能再利用。建立多学科联合仿真系统模型,基于主辅动力源合理供给原则,设计全周期工况识别速度控制策略,搭建电液混合驱动回转试验平台,对回转系统的特性和能效进行分析。研究结果表明,电液混合驱动大惯量回转系统,随着转速和转动惯量的变化,回转制动动能回收效率为40.5%~65.9%。相同工况下,与纯电机驱动系统相比,电液混合驱动系统启动加速时间减小1.2 s,制动动能回收效率为63.5%,降低系统能耗40.8%,使回转系统更加平稳地运行。

大惯量质子治疗旋转机架定位控制技术

旋转机架是质子放疗设备的重要组成部分,其主要特点是质量大、尺寸大、转动惯量大,运行时需要保证机架平稳加减速启停及精准定位。针对旋转机架的定位控制需求,对控制系统的硬件、软件部分进行了选型、设计,研究了系统的控制模型,并进行了参数整定,开发了一套基于PLC的质子治疗旋转机架定位控制系统。现场试验结果表明:开发的质子治疗旋转机架定位控制系统能够保证旋转机架在-180°~180°角度范围、转速1 r/min的条件下,角度定位精度达到0.011 3°,满足质子放疗设备的工作要求。

基于液压二次调节技术的大惯量回转系统预定性能自适应鲁棒控制研究

将液压二次调节技术应用于大惯量回转系统可以进行制动能量的回收,本文针对基于液压二次调节技术的大惯量回转系统存在的参数不确定性以及未知的外部扰动引起的跟踪精度不足的问题,提出了预定性能自适应鲁棒控制器。将预定性能和自适应鲁棒器相结合,对大惯量回转系统存在的未知参数进行了估计,并使用Lyapunov函数严格保证了整个系统的半全局渐近稳定。仿真结果表明:相同的工况下,与PID以及普通的自适应鲁棒控制相比,本文所设计的控制器可以让大惯量回转系统有更好的跟踪精度和较高的鲁棒性。

驱动大惯量低刚度负载的推力矢量控制电动伺服机构的μ综合鲁棒控制

针对电动伺服机构存在的由参数摄动和建模误差引起的不确定性问题,应用μ综合理论研究一类用于驱动大惯量、低刚度负载的飞行器电动伺服机构的鲁棒控制技术。为了解决该类电动伺服机构按照单自由度系统建模会产生较大偏差的问题,通过对推力矢量控制电动伺服机构的动力学分析,建立其2自由度数学模型。针对被控对象位置指令跟踪和力矩干扰抑制的性能要求,通过处理参数摄动和建模误差设计μ综合控制器,并提出一种加权函数的优化设计方法。利用Matlab软件对μ综合控制器在系统标称和正反向最大摄动三种情况下的控制特性进行仿真研究,并将μ综合控制器与H∞控制器进行比较。仿真结果表明对该类伺服机构而言,所设计的μ综合控制器有效地克服了H∞控制器的保守性,能使闭环系统既具有良好的性能鲁棒性,又满足了控制系统的动态性能指标要求。所提出的加权函数的优化设计方法有利于鲁棒控制技术在工程上的应用。

大惯量随动系统解析模型预测控制

为了提高时变负载大惯量随动系统的响应速度以及控制精度,将解析模型预测控制运用到负载系统的控制策略中.建立了大惯量随动系统负载的动力学模型,并考虑系统性能指标、能量输入功率和制动功率等约束条件,通过双无迹卡尔曼观测器对负载惯量扰动进行实时观测,实现了大惯量随动系统的解析模型预测控制.仿真试验结果表明,包含了约束条件的解析模型预测控制,减小了大惯量随动系统的响应时间,提高了控制精度,达到了预期的控制效果.

大惯量负载回转液压系统启制动平稳性的实验研究

对于大惯量负载回转液压系统,回转启动、制动过程存在不平稳问题。回转启动、制动时易产生高压冲击,制动时回转平台易产生反转。液压冲击伴随的高压易损害液压元件,降低液压系统的可靠性,而回转平台制动时的反转易造成驾驶员疲劳,增加工作强度,降低工作效率。以某21 t液压挖掘机为例,对大惯量负载回转液压系统启动、制动平稳性进行实验分析与研究。结果表明,缓冲溢流阀和防反转阀的组合使用能有效减小制动时的液压冲击与晃动,提高回转液压系统的启动、制动平稳性。

大惯量随动系统双卡尔曼滤波预测制动控制

针对大惯量随动系统控制制动时间长、动态性能差的问题,与实际运用背景相结合,提出了对控制量进行预测,实现大惯量随动系统的预测制动控制。首先对随动跟踪对象,空中机动目标进行建模,运用双卡尔曼滤波对空中机动目标运行状态和参数进行估计和预测,根据预测结果,提前控制改进的永磁同步电机制动单元,从而实现预测制动控制。试验结果表明,双卡尔曼滤波预测制动在大惯量随动系统制动控制时,对控制量的估计较为有效,动态性能和随动控制精确度有所提升,达到了预期的控制效果。

时变大惯量速度同步控制系统

为了保证粗纱的质量 ,新开发的 FA- 42 5型粗纱机计算机控制系统 ,必须使锭翼和卷绕 2台电机在起动、运行和停止全过程中严格保持速度同步 .为此 ,对该系统的数学模型和负载特性进行了研究 ,通过计算机仿真 ,提出了多种有效的控制方法和人工智能技术 .在该系统中采用了 2个速度闭环控制系统 ,并将其同步误差反馈 ,实现了双电机的速度同步控制 ;同时 ,通过 CCD光电传感器将粗纱张力实时反馈到专家控制器 ,从而保持纱的张力处于某一给定的范围之内 .生产应用表明 ,新型 FA- 42 5粗纱机当锭翼最高转速为 1 40 0 r/min时 ,在起动、运行和停止阶段锭翼和卷绕两个电机的速度同步误差小于 5% .

基于功率及转矩约束的大惯量伺服系统速度规划

针对大惯量伺服系统提出基于功率及转矩约束的速度规划,解决约束条件下响应速度慢和定位精度差的问题。提出一种基于三角函数的全程柔性加减速算法,使速度与加速度曲线连续可导。同时采用二次曲线拼接,保证不完全过程加速度仍然连续。以电动机驱动系统为模型,利用过载特性,设计基于额定功率及最大转矩双重约束下的速度规划,使约束方式在最大转矩点平滑切换,并以加减速角位移为给定,确定匀速速度与加减速时间关系,满足不同速度的加减速要求,缩短速度响应时间。基于平均速度计算单个脉冲周期,给出利于编程的左端点实现算法,并引入间隔阈值变量,大幅降低计算量,算法适用于脉冲给定的伺服驱动系统。试验结果能够验证算法的有效性,在实际应用中,算法提高了定位精度,得到很好的应用。

大惯量变转速泵控马达调速系统模糊控制

对大惯量负载的变转速泵控马达调速系统进行了模糊控制及模糊PID控制的实验研究 ,并与常规PID控制的实验结果进行了对比 ,获得了有益的结论 。

大惯量快速定位转台设计

介绍特定功能转台装置的设计过程,包括转台控制方案以及结构形式的确定。同时利用MATLAB对其控制方案进行了验证,仿真结果为控制参数的确定和电机等电器元件的选型提供了依据。

矿用大惯量防爆液压提升机液压系统

以 JKY2 / 1 .5B型矿用防爆液压提升机为例 ,介绍了大惯量提升机液压系统的组成。

成像扫描低速变负载大惯量系统自抗扰控制

宽幅空间相机外场成像系统是一个低速变负载大惯量伺服系统,要求所设计的控制器应具有较强的扰动抑制能力,响应速度快,超调小,以及较好的低速平稳性等特点,采用传统的控制方法很难同时满足上述性能的要求,由此,提出了一种改进的自抗扰控制方法。首先,设计了一种线性跟踪微分器,以解决超调与快速性之间的矛盾;其次,设计了线性扩张状态观测器,用来观测负载的变化以及力矩波动等扰动;然后,对观测补偿后的控制对象,采用一种变结构式非线性反馈控制律,以实现系统更高的稳定精度。仿真结果表明,采用本文提出的自抗扰控制策略,与传统的PI控制器相比,稳态时速度波动的峰值由20%降低到1.6%,对于变化的负载具有较强的鲁棒性,并且在超调量小于5%的允许条件下实现了大惯量系统的快速响应,达到了预期的控制效果。

大惯量变频液压复合调速及其测控系统研究

介绍了大惯量变频液压容积节流调速系统的组成、工作原理和特点;PLC控制系统的结构;测试系统的硬件构成,并以LabVIEW为测试平台,分析了系统测试软件的结构及操作界面;通过实验及对相应数据的测试,绘出液压达成在不同给定频率上限时的速度运行曲线,说明该测试系统能完全满足实验系统的要求。

大惯量闭式回转系统阀控变阻尼压力控制方法研究

针对大惯量闭式回转系统启制动过程中的压力冲击问题,提出新的压力控制方法:并联阀控变阻尼压力控制方法,即当系统压力达到压力均值附近时,将并联的比例方向阀开启至一个合适开口,使系统高压侧(低压侧)的液压油分流一部分进入低压侧(高压侧),并在启动、制动的过程中缓慢地将比例方向阀关闭。以300 t大型挖掘机为研究对象,通过仿真和实验研究。该方法既能抑制压力冲击、改善压力波动状况,又不至于产生因流量损失过多,导致上车回转速度降低和功率损失过大的问题。

基于目标运动方程的引导函数模型

在大惯量武器系统的跟踪瞄准及其系统性能试验中,火控系统的引导控制对实现平稳调炮起到了重要作用。分析了传统引导函数具有形式多样、计算复杂的局限性,提出了一种新的引导函数模型,模型以带参数的多项式为基础,引入了系统姿态角函数、目标运动角函数和引导时间,要求模型的角位置、角速度和角加速度在引导起始时刻与系统姿态角无衔接突变、在引导结束时刻与目标运动角无衔接突变,并以此为条件求解出了模型参数,确定了引导函数形式。通过仿真给出了角度静态调转、目标跟踪、目标动态切换和正弦周期运动四种不同引导需求下的引导效果,仿真结果表明,引导函数的信号很好地实现了角位置、角速度和角加速度的平稳衔接,为大惯量武器系统跟踪瞄准及性能试验时的引导控制提供了有效方法。

一种大惯量高摩擦重载运动平台的控制实现

针对一种具有大惯量、高摩擦、重载特性的三自由度运动平台,分析其工作特性,并设计了液压驱动控制系统。基于计算机数字控制的控制方法,通过采用变参数比例积分控制的方法,解决了大惯量、高摩擦、重载平台的高精度同步控制问题,实现了平台的运动控制。

大惯量超低速直流驱动系统的研究

介绍了以LAMOST望远镜MA方位轴旋转为研究对象的大惯量超低速直流驱动系统,采用对称直流力矩电机完成摩擦传动,并进行位置、速度和电流串级控制。通过运用MATLAB软件进行仿真和摩擦驱动实验,验证了设计的闭环系统具有较好的稳态精度和动态性能。