单片机控制步进电机的微步控制方法

本文论述了微机控制步进电机的微步控制原理及实现方法， 并结合激光图形扫描系统介绍了编程方法。

OMRON C200H PC控制步进电机的应用——C200H NClll控制步进电机的准确定位

本文是针对机电实验实数控模拟铣床的工作台准确定位而设计的控制系统,在此以工作台的纵向进给为例。

助行康复机器人自适应步态控制方法研究

为了提高助行康复机器人在不同坡度上的稳定性,合理的步态控制方法显得尤为重要。这里以助行康复机器人为研究对象,提出了一种将长短期记忆网络和动态运动基元结合的步行康复机器人自适应步态控制方法。将传感器采集信息与动态运动基元中步态控制项相结合,对参考步态进行调整。同时通过更改动态运动基元的时间项和空间项对步态进行二次调整以适应不同的坡度。通过试验对该控制方法的可用性进行验证。结果表明,该方法可以在(0~20)°斜坡进行自适应步态变换,具有一定的实用价值。

基于广域测量的汽轮发电机励磁反步控制方法

由于汽轮发电机励磁反步控制过程中没有实时获取发电机的运行数据,致使电机励磁反步控制效果较差,为此提出基于广域测量的汽轮发电机励磁反步控制方法。通过广域测量系统的同步相量测量单元,实时采集汽轮发电机功角与电流等运行数据,将采集的运行数据变更成标幺值形式,根据该形式建立汽轮发电机励磁控制的数学模型,获取励磁反步控制变量,并结合反步法,设计汽轮发电机励磁反步控制器,通过径向基函数神经网络估计控制器内的扰动,完成控制器扰动补偿。实验结果表明:该方法可精准采集汽轮发电机运行参数,有效反步控制汽轮发电机励磁,令汽轮发电机功角与转子角速度等迅速恢复至稳定状态,具备较优的反步控制效果;应用该方法后,可确保电网运行稳定性,降低故障后电网切机量。

基于PI建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略

海上起重船受风、浪、涌影响会产生剧烈的船舶姿态变化,造成起重机和货物的位姿变化,对货物和人员存在安全隐患,波浪补偿平台的稳定性控制能有效减少复杂海况下船舶运动对海上作业安全性、稳定性和精准性的影响,对浮式起重船海上设备精准装载作业极其重要。针对补偿平台的迟滞非线性导致的建模困难和控制不精确问题,本文提出基于PI(Prandtle–Ishlinskii)建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略。首先,通过实验得到补偿系统的迟滞效应曲线,分析系统迟滞环建立PI迟滞模型,并采用递推最小二乘法辨识模型的各个参数,从而求得系统模型。然后,基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性设计反步控制补偿方法,并结合滑模控制规律加快初始控制速度。最后,将反步滑模法应用于补偿系统,采用MATLAB软件仿真在规则波和不规则波下的响应来验证算法和模型的正确性,并在工控机中用C#编写控制程序,驱动运动控制卡控制伺服电机带动电缸进行补偿运动,同时通过传感器采集系统运动的实时数据,并反馈给工控机形成闭环,以期验证补偿平台在补偿规则波和不规则波下的补偿效果。实验结果表明,所建立的斯图尔特(Stewart)浮式平台中,PI迟滞模型具有良好的精度,反步终端滑模控制算法在Stewart平台的实际控制中能够很好地补偿波浪运动,相比比例–积分–微分控制(PID)、反步法、强化学习等控制方法,反步终端滑模方法能快速较好跟踪期望位移,补偿精度达到0.9729。

带有指令滤波的电力弹簧系统反步控制

针对新能源发电系统因间接性和不确定性导致的电压波动问题,文中首次将反步控制策略应用于电力弹簧(electric spring,ES)系统,并提出一种带有指令滤波的ES反步控制策略。根据ES的数学模型利用反步法设计控制器,并加入指令滤波器,以解决ES反步控制中的计算膨胀问题,同时设计误差补偿信号,并利用Lyapunov稳定性理论验证系统稳定性。通过仿真模拟新能源发电系统网侧电压波动时,ES对关键负载(critical load,CL)电压稳定的效果,以及不同系统参数对文中控制策略的敏感性分析。与传统的比例积分(proportional-integral,PI)控制对比,CL电压动态响应速度提高0.07 s,CL电压畸变率降低31%,参数敏感性分析中CL电压最大偏差率为0.318%,能承受的最大电压幅值波动范围提高52.9 V。仿真结果验证了文中所提出的控制策略具有响应速度快、谐波含量低、抗干扰能力强的优势。

基于混合扩张状态观测器的农田平地机液压系统反步滑模控制研究

为解决农田平地机液压系统在复杂地貌平地作业时控制精度低、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于混合扩张状态观测器(HESO)的反步滑模控制器。其中,HESO基于输出反馈信号估计系统未知状态和总扰动,并在前馈通道中进行扰动补偿;基于快速趋近律设计的反步滑模控制器输出连续光滑的控制量,增强了系统鲁棒性,克服了系统非线性与参数不确定性问题;通过Lyapunov稳定性理论对所提出的观测器和控制器稳定性进行验证,得到误差一致有界稳定结论;通过AMESim和Matlab/Simulink联合仿真与田间试验对本文控制算法的有效性和优越性进行了验证。在两条地貌情况较为复杂波浪地中单次平地和地貌情况较为相似的两田块进行3次遍历试验表明,使用本文控制方法,平地后高程相较于平地前标高的平均绝对误差、最大绝对误差、绝对误差标准差分别为0.053、0.146、0.037 m和0.02、0.041、0.011 m,较PID算法分别降低36.35%、28.32%、31.37%和62.6%、50%、51.83%。

基于微分平坦的板球系统反步滑模控制

为改善板球系统轨迹跟踪控制误差大,控制精度低的问题,提出了一种基于微分平坦的板球系统反步滑模控制方法。首先基于欧拉-拉格朗日方程建立板球系统的运动学模型,通过合理简化得到解耦线性状态空间模型。以X轴方向控制器设计为例,利用微分平坦技术获得系统的目标状态量以及前馈控制量,建立误差系统,进而采用反步法实现对误差系统的滑模控制,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。算法中使用双曲正切函数抑制滑模的抖动,实现了对板球系统的轨迹高精度跟踪控制。仿真实验结果表明,该方法控制精度高,具有良好的控制效果。

高频链矩阵变换器直接功率反步控制策略

针对高频链矩阵变换器(HFLMC)电路前后级耦合导致系统动态性能和鲁棒性降低的问题,提出一种基于直接功率的非线性反步控制策略(BS-DPC)。首先,建立HFLMC非线性数学模型和有功、无功功率动态模型,分析双极性电流空间矢量调制策略;然后,在考虑系统不确定性情况下引入2个解耦控制分量,设计直流输出电流和无功功率反步控制器,实现电池不同工况下输出电流参考值的快速跟踪控制;最后,根据李雅普诺夫稳定性理论证明HFLMC闭环系统全局渐进稳定性,并对比传统PI直接功率控制和BS-DPC策略。仿真和实验结果表明,所提BS-DPC策略控制HFLMC提高了输出电流的动态性能和电网波动及直流滤波电感变化下的鲁棒性,响应时间减少了约78%,网侧THD降低了0.98%。

基于扩张状态观测器和抗饱和输入的伺服电机等效反步滑模控制

为了提高伺服电机系统的动态响应速度、抗干扰能力,解决输入饱和的问题,课题组基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)和抗饱和输入(anti-saturation input,ASI)辅助系统设计了伺服电机的运动控制方案。首先,建立了伺服电机的数学模型,将系统阻尼和系统不确定性归为扰动,将扰动设为系统的扩张状态;然后在等效反步滑模控制(backstepping sliding mode control,BSMC)的基础上,引入了ASI辅助系统和ESO,解决输入饱和问题,并抑制内、外干扰;采用双曲正切饱和函数替换符号函数以减小滑模控制的抖振;通过李雅普诺夫稳定性方法检验所提出控制器的稳定性。最后,将基于ESO和ASI的等效反步滑模控制与比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制、滑模控制(sliding mode control,SMC)进行仿真对比。结果表明:相较于传统PID和SMC控制器,课题组所设计的控制器可以实现伺服电机的无超调快速响应,解决了输入饱和问题,并具有较好的抗干扰能力和减小输入冲击的作用。

基于X86平台和RSI的工业机器人步态自动控制系统设计

工业环境中的任务和工作场景是动态变化的,机器人需要能够根据环境的变化调整步态,以满足新的任务需求;为此,设计基于X86平台和机器人传感器接口(RSI,robot sensor interface)的工业机器人步态自动控制系统;以复杂指令集计算机为基础的X86架构设计机器人控制器主板,使系统具有高集成度和扩展性;利用超声波传感器和红外线传感器获取步态自动控制传感信号;使用基于AS5040型高精密非接触磁性转动编码器的步态关节控制器,通过总线扩展,定位关节运动方向;分析机械臂前后摆动步态规划轨迹,控制髋关节;使用RSI应用程序包控制点位运动,实现步态自动控制;实验结果表明,设计系统的膝关节x方向与实际轨迹只存在最大为20 mm的误差,y方向与实际轨迹一致;髋关节x方向与实际轨迹只存在最大为20 mm的误差,y方向与实际轨迹只存在最大为15 mm的误差,能够提高控制精度,控制效果较好。

基于最大熵深度强化学习的双足机器人步态控制方法

针对双足机器人连续直线行走的步态稳定控制问题,提出一种基于最大熵深度强化学习(DRL)的柔性演员-评论家(SAC)步态控制方法。首先,该方法无需事先建立准确的机器人动力学模型,所有参数均来自关节角而无需额外的传感器;其次,采用余弦相似度方法对经验样本分类,优化经验回放机制;最后,根据知识和经验设计奖励函数,使双足机器人在直线行走训练过程中不断进行姿态调整,确保直线行走的鲁棒性。在Roboschool仿真环境中与其他先进深度强化学习算法,如近端策略优化(PPO)方法和信赖域策略优化(TRPO)方法的实验对比结果表明,所提方法不仅实现了双足机器人快速稳定的直线行走,而且鲁棒性更好。

自主行驶调平系统建模及自适应反步滑模控制

为了解决车载式绿篱修剪机在自主行驶作业时车身无法根据地形起伏自适应平衡,提高作业安全性和绿篱修剪的尺寸精度,设计了一种自主行驶车身电液调平系统,该系统采用倾角传感器实时监测车身倾斜角度,根据车身调平机构动力学理论建立了调平系统的数学模型。针对电液调平系统参数的不确定性、非线性特性和外界环境的干扰等问题,通过结合滑模控制和自适应反步法设计了自适应反步滑模控制器,根据反步法的思想,将系统分解为多个子系统,并为每个子系统选择适当的Lyapunov函数。通过逐层递推的方法,最终可以得到控制系统的控制律和不确定参数的自适应律,并且证明了系统跟踪误差的收敛性。针对滑模控制带来的抖振问题,使用饱和函数代替传统符号函数,使得系统抖振得以削弱。仿真研究结果表明,在车身倾斜20°的情况下,实际输出角度能准确、快速地跟踪参考角度,响应时间短,对参数变化具有较强自适应性和鲁棒性,能实现车身快速、准确调平。与比例积分微分控制器相比,调平时间缩短了1/5,系统调平误差小于1°,调平过程更加稳定。

基于反步控制的特定次谐波电流补偿研究

电网中广泛采用非线性负载,由此造成的谐波污染问题日益严重,有源电力滤波器是解决谐波污染的有效手段之一。基于谐波提取算法,兼顾稳态响应以及参数选取,提出将反步法引入谐波补偿的设计,对谐波电流跟踪控制器进行重新构建。依据反步法理论进行控制器的设计,能够达到较好的稳态补偿效果,其参数的选取较易。在MATLAB/Simulink中进行PI控制与反步控制的仿真对比,结果验证了所提控制策略对特定次谐波补偿的有效性,直流侧电容电压的反步控制较PI控制超调小、响应速度快,仿真结果证明了反步控制具有更高的补偿精度以及较快的动态响应。

基于反步法的电磁气量调节执行机构自适应积分滑模控制

往复压缩机电磁气量调节执行机构是一种利用电磁驱动力控制进气阀启闭的装置。传统的脉冲电压控制方法存在高频快速响应与低落座速度的矛盾,以及抗扰动性能差等问题,为此,提出了一种基于反步法的自适应积分滑模控制。首先,针对电磁气量调节执行机构建立了考虑扰动的非线性模型;其次,利用反步法设计思想将高阶的电磁气量调节执行机构系统分解成了两个互相串联的低阶子系统,并在此基础上,结合滑模控制、自适应控制和积分控制的特点设计了一种复合型控制方法;最后,采用AMESim-Simulink联合仿真平台,对该控制方法与传统PID控制、滑模控制进行了不同角度的仿真分析对比。研究结果表明:在该控制方法下,电磁气量调节执行机构在的顶出和撤回过程中的最大跟踪误差平均值分别为9.6%和10.8%,平均落座速度分别为0.32 mm/s和0.98 mm/s,扰动造成的最大位移偏移量为1.3%。该控制方法能够保证跟踪误差快速收敛,提高位移跟踪精度,降低电磁气量调节执行机构的落座冲击,并对外部扰动具有强鲁棒性。

液压伺服系统自适应反步控制策略研究

针对液压伺服系统中存在参数未知且不易获得的问题,设计了一种自适应反步控制算法。首先定义李雅普诺夫函数,然后逐步递推设计反步控制器;基于李雅普诺夫稳定性理论,设计了参数自适应律。最后通过MATLAB软件,对所设计的自适应反步控制器进行仿真分析,作为对比,设计了常规反步控制器和PID控制器。通过对不同控制器的仿真结果进行对比分析可得出,所设计的自适应反步控制器具有良好的跟踪性能和参数估计的能力。

基于反步鲁棒控制的伺服系统抗风扰策略

针对大型天线定向能发射武器系统容易受到风扰影响导致控制性能下降的问题,提出了一种反步鲁棒控制策略。首先,分析了风扰的构成,对占主导的阵风力矩进行了建模;然后,改进了反步控制器,加入基于符号函数的新型鲁棒控制项,在适用于阶跃响应的同时有效抑制了非线性随机力矩的影响;最后,通过仿真实验和结果分析,证明了反步鲁棒控制策略的快速性和稳定性优于反步控制策略。

基于观测器的自主式水下机器人反步容错控制

为了保证欠驱动自主式水下机器人(autonomous underwater vehiele,AUV)在执行器故障和受到外界干扰的情况下仍然能正常运动,设计了基于观测器的反步容错控制器。首先,有条件地简化AUV的水平面模型,建立简化后的水平面状态方程。之后,针对AUV执行器的垂直舵出现故障并且AUV受到外界干扰的情况,设计观测器以实时估计故障和干扰。然后,将观测器与反步控制器相结合控制AUV,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明闭环系统是渐近稳定的。最后,通过仿真验证了所提控制器具有良好的抗干扰能力和容错能力。

龙门双驱系统转速跟踪同步耦合控制

针对龙门双驱系统的转速同步精度问题,提出一种转速跟踪同步耦合控制方法。为实现对外界负载的准确跟踪,构建基于Sigmoid函数的滑模负载观测器;设计结合积分滑模的双电机均值同步差控制器,结合跟踪误差反步控制器,制定转速同步误差与跟踪误差耦合控制策略,完成了两种负载情况下的仿真测试。仿真结果表明:相比PID控制,耦合控制策略的同步误差降低52.4%,响应时间降低75%;相比单一反步控制,耦合控制策略的同步误差降低39.1%,响应时间降低17%。