基于伺服控制系统的砝码自动加载装置的设计

本文基于伺服控制系统对电子秤砝码加载装置进行设计,实现电子秤检定过程中砝码的自动加载过程。该装置依据JJG539-2016《数字指示秤检定规程》对30kg的电子秤利用机械手对放置在砝码支架上最大20kg的砝码进行上、下、左、右、前、后六个方位的自动移动,实现砝码在电子秤的任意位置加载,同时伺服控制系统可以按照检定点依次组合砝码自动加载检定。该装置的研制在电子秤检定过程中无需手动加载相对比较重的砝码,可以大大减轻检定人员劳动强度,解放劳动力,具有较强的可操作性和实用性。

基于扩张状态观测器的伺服加载模糊滑模控制

针对电动伺服加载测试台存在的间隙、摩擦等非线性控制问题,以滑模变结构控制(SMC)为主体进行了加载控制器设计。分析伺服加载测试台整体结构,提出一种基于扩张状态扰动观测器(ESO)的模糊滑模控制(FSMC)策略。该策略在使用ESO针对伺服加载系统的外部干扰进行观测的基础上,设计了模糊控制对滑动模态面和滑模趋近律进行自适应调节,提高了系统的动态实时跟随能力和干扰补偿能力,并减小SMC控制器稳定时的抖振现象。仿真结果表明:所设计的基于扩张状态观测器的模糊滑模控制器(FSMC-ESO)对比传统SMC及PID控制具有更好的快速响应性和鲁棒性。

高压气动压力伺服系统的鲁棒控制

高压气动压力伺服系统的参数不确定性和未建模动态制约了其控制精度的提高,针对此提出了基于RISE的自适应鲁棒控制算法用于高压气动压力伺服系统的控制。考虑到核心元件高压电气伺服阀的控制性能对高压气动压力伺服系统高精度控制的影响,设计了交叉对比实验,实验结果表明,伺服阀位置控制算法有助于避免正弦信号失真、减小稳态压力抖动,系统压力控制算法能提高系统的响应速度和动态跟踪能力。

80 MN压剪试验机竖向加载模糊PID控制系统的设计

为了稳定、精确、可靠地实施超大力值竖向加载,以80 MN压剪试验机为对象,对其竖向加载装置的机械结构、液压系统以及控制系统进行总体设计;建立位置-压力双闭环PID控制算法的数学模型,并设计模糊PID控制器;最后,通过AMESim-Simulink对控制系统进行耦合仿真,获取位移与试验力的时域响应曲线,并在80 MN压剪试验机上进行竖向加载试验以验证控制系统的可靠性。结果表明:竖向加载模糊PID控制系统使竖向加载在220 s后达到稳态,位移误差与试验力误差均小于0.05%,此控制系统的稳定性、精确性和可靠性得到验证。

基于模糊-PID的高空台液压加载系统智能控制

为了改善航空发动机高空模拟试车台(简称高空台)液压加载系统的控制性能,解决手动调节控制精度低且闭环控制快速性较差的问题,提出了一种将开环模糊控制与闭环PID控制相结合的智能复合控制方法。首先,结合高空台液压加载试验特点和设备特性,利用真实试验数据基于最小二乘系统辨识搭建了系统的分段线性模型。其次,使用频域法设计参数调度的PID控制器,解决了手动调节控制精度低的问题。最后,结合试验操作人员提供的经验知识和历史试验数据结论搭建了模糊开环控制器,设计控制器选择模块和积分补偿模块,将模糊开环控制器与闭环PID控制器相结合形成智能复合控制器。通过仿真验证得出,智能复合控制器的控制效果在精度上明显优于人工手动调节,在快速性上明显优于PID控制器,调节时间缩短了39%~87%。

考虑偏差的刚柔耦合夹具气动机械手加载状态主动控制技术

当前刚柔耦合夹具气动机械手在夹取重量较大或形状复杂的工件时,加载状态会出现非线性震荡,造成控制偏差,降低控制平稳度。为了提升刚柔耦合夹具气动机械手加载状态主动控制效果,设计一种考虑偏差的刚柔耦合夹具气动机械手加载状态主动控制方法。考虑四种动界限情况计算刚柔耦合夹具气动机械手加载振荡;加载振荡下将偏差分为刚度偏差和柔度偏差,通过奇异函数和拉普拉斯变换计算等级刚度、挠度以及转角,获得气动机械手加载状态受力偏差;构建气动机械手和接杆的坐标系和运动坐标系,分析气动机械手终端位置矢量和驱动力矩的映射关联;通过PD反馈进行刚度偏差和柔度偏差补偿,完成加载状态主动控制。实验结果表明:该方法偏差补偿后,输出力矩更接近理想值,可准确计算刚柔耦合夹具气动机械手在加载状态中的挠度、回旋角度以及动态角度,使气动机械手加载状态主动控制更加平稳。

加载系统迭代学习控制器设计与控制算法研究

为了使电动伺服加载系统达到更好的控制效果,解决扭矩跟随效果较差、幅值误差和相位误差较大、复杂的控制算法难以应用等一系列问题,利用模糊控制自适应和迭代学习跟踪精度高的特点,设计一种基于模糊控制的迭代学习控制器。控制器算法采用ST语言编写,并通过实验台的加载采集扭矩曲线。结果表明,基于模糊控制的迭代学习控制器不仅具有普通迭代学习控制器跟踪精度高的优点,还具有模糊控制自适应的特点,能够用更少的迭代次数更快地达到所需要的跟随扭矩曲线,证明了基于模糊控制的迭代学习控制器的优越性和可行性。

邻近地铁深基坑混凝土支撑轴力伺服系统分段加载技术研究

为了控制大型深基坑微变形,保障紧靠深基坑地铁隧道的结构安全和正常运营,深基坑工程中将液压千斤顶与混凝土支撑结构融为一体,形成了混凝土支撑轴力伺服系统。在此基础上,结合上海市浦东新区某超深基坑工程,应用混凝土支撑轴力伺服系统,提出了相对整体加载更能保护地铁的混凝土支撑轴力伺服分段加载技术,阐述了该技术的实施过程以及对基坑与地铁保护的控制要求,分析了地铁侧地下连续墙测斜和地铁隧道收敛的变形情况,总结了混凝土支撑轴力伺服分段加载技术应用于邻近地铁隧道深基坑的实际成效。工程实践结果表明:基坑开挖区域①-1区自5月1日地下2层土方开挖至8月10日基础底板形成,地铁侧地下连续墙测斜变形仅22.54mm,靠近基坑侧的地铁隧道下行线收敛变形仅2.43mm。混凝土支撑轴力伺服分段加载技术有效控制了大型深基坑的变形,极大程度地保障了地铁隧道结构的安全,应用前景广阔。

伺服加载系统非线性建模及间隙补偿控制研究

分析机械间隙误差对于伺服加载系统加载液压缸位移、负载压力和流量的影响,提出了伺服加载系统机械间隙误差的补偿控制方法,建立了机械间隙误差影响下的伺服加载系统非线性模型。通过Simulink系统仿真和系统实验,对伺服加载系统非线性模型和机械间隙补偿方法的精确性进行验证。实验结果显示:低航速小负载工况时的输出负载力精度误差由18%降低至10%,高航速大负载工况时的输出负载力精度误差由21%降低至8%,被测产品伺服机构在全行程内的输出负载力滞后误差基本消除。

气动伺服加载系统的非线性复合控制

气动伺服系统以其具有可压缩性、易实现高速等特点而适用于一种瞬时展开机构的伺服加载测试需求。通过分析气动伺服系统中存在的强非线性及动态不确定性,提出非线性复合控制策略。针对不同的特征,设计不同的控制方法。通过反馈线性化进行变化,将输出控制量分成两个部分-线性部分和非线性部分,采用极点配置原理进行线性控制分量的设计,确保系统的稳定性,借助Maltab LMI工具箱求解线性矩阵不等式;针对系统存在动态不确定性时缺乏鲁棒性,采用Lyapunov再设计方法进行非线性控制分量的设计,确保系统的鲁棒性,采用ITAE优化算法进行求解,确保系统的跟踪精度及快速性。通过理论分析,数字仿真及试验对比验证相结合的方法,展开气动力矩伺服加载控制研究,所设计复合控制方法有效改善了非线性和动态不确定性对系统性能产生的不良影响,提高了系统的动态性能和控制品质。

气动加载系统的粒子群-滑模观测器控制

针对气动加载伺服控制系统的时滞、强非线性,提出一种基于混沌粒子群(CPSO)的改进滑模干扰观测器(ISMDO)的控制方案。利用观测器预估理论对实际输出进行估计,计算出无延时的预估输出,并将此输出值与设定值的误差作为滑模控制器的输入计算控制量。同时采用粒子群算法进行控制器的参数寻优,为使寻优效果更好,首先采用混沌反学习法"初选"粒子,再利用"淘汰"条件对粒子群算法进行筛选,并基于混沌系统替换粒子策略对群体进行补充。通过与PID控制算法,滑模干扰观测器(SMDO)等不同控制策略对阶跃、正弦信号的系统仿真进行比较,证明算法能较好的解决系统的延迟和非线性。并通过试验验证对于气动加载系统来说,该算法具有较好的控制性能。

拖拉机三点悬挂电液加载系统研究与试验

三点悬挂系统是拖拉机关键工作系统之一。由于田间作业工况的复杂多变,拖拉机三点悬挂液压系统承受较大的随机载荷,容易发生零部件破坏与液压故障等问题,直接影响拖拉机安全及作业效率。基于以上问题,研发了拖拉机三点悬挂电液加载系统,并基于NI Compact-RIO开发了拖拉机加载平台测控仪与上位机测控软件,实现了信号采集与加载控制。利用ARMAX模型进行系统辨识,得到电液系统模型,并与MatLab传递函数辨识箱比较,平均绝对误差降低33.90%,均方误差降低87.36%,均方根误差降低64.45%;基于PID控制方法,上位机以20Hz加载频率将阶梯信号、正弦信号、田间三点悬挂牵引力载荷应用于加载系统进行复现,效果完全可以满足试验台的控制加载要求。试验结果表明:基于ARMAX模型的系统辨识及基于PID的控制方法结合三点悬挂电液加载系统,可将田间三点悬挂牵引力载荷加载复现,为基于田间动态载荷加载的拖拉机三点悬挂零部件与系统可靠性试验提供了平台和方法支撑。

风电叶片多点分级静力加载无模型自适应控制及实现

兆瓦级风电叶片静力加载试验目前一般采用多点同步逐级加载的方法实现。为解决静力加载试验多点同步协调控制及各加载点力耦合的问题,提出了一种不基于加载对象数学模型的静力加载自适应控制算法,并通过伺服绞车+力传感器+三坐标测量仪+控制采集装置搭建了试验系统,通过PLC根据算法调整伺服电机的转速以实时调整加载载荷的变化率,从而实现各加载点载荷同步、匀速、稳定变化。加载系统采用竖向加载方式,在满足试验要求的基础上大大节约了占地面积,经现场试验,加载时间控制在3 min以内,加载同步性控制在1%以内,最大载荷可达300 kN,对各种叶片适应性良好,具有一定的通用性。

高空台液压加载系统试验智能运行技术研究

为了满足航空发动机高空模拟试验智能化需求,以高空台液压加载系统为研究对象,研究其试验智能运行的关键技术。通过深入分析液压加载系统设备组成及试验智能化存在的传感器数据利用不充分、控制精度不高和数据可视化展示不直观等问题,提出基于层次分析法的数据分组关联架构,设计数据融合架构对传感器数据进行预处理并对数据进行数据层、特征层和决策层融合。针对控制精度不高且须满足快速性的要求,提出一种基于设备特性与加载谱的智能复合控制框架用于智能化控制。针对液压加载系统子设备众多且易发生故障并存在性能退化的问题,提出基于深度学习的故障诊断方法与基于支持向量机的健康预测方法。同时,提出一种基于WebGL框架下的液压加载系统工艺流程可视化展示方法并建立了三维可视化模型,实现液压加载系统动态模拟的运行状态显示。

机械传动系统电加载技术研究

文章主要研究电加载试验台设计方案、控制方式及试验验证技术,采用驱动电机与加载电机进行电功率封闭,通过整流、逆变单元以及可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)实现转速和加载功率的无级控制与加载精度要求,并与润滑系统、机械系统实现关联互锁,保证系统运行稳定可靠。通过共直流母线控制方案技术研究,实现能源的回收再利用,降低试验成本。

飞机舵机电动加载系统的非线性干扰抑制方法

飞机舵机电动加载系统是一个复杂的非线性机电控制系统,在运行过程中会产生多余力矩、摩擦、机械间隙等非线性干扰;针对以上问题,介绍了系统的硬件结构和工作原理,建立了系统的数学模型;在此基础上分析了非线性干扰的产生机理和工作特性,并根据加载系统领域非线性干扰抑制方法的研究,从结构与控制的两个方面进行归纳分类,进行性能对比以及适用性分析;针对多余力矩抑制的问题,提出了模型预测控制方案对其进行补偿,实验结果表明可以较准确地跟踪指令力矩,误差率小于1.93%,多余力矩的消除率达到95.86%;证明了所提出的方案的有效性,能够改善多余力矩的抑制能力,提高系统跟踪精度。

气动加载系统的模糊自适应逆控制方法

气动加载系统具有时滞、时变及强非线性等特点,为了提高气动加载系统的控制精度,克服传统PI控制算法的不足,提出一种气动压力加载系统的模糊自适应逆控制方案。利用模糊辨识理论对气动加载系统进行离线逆建模,得到初始逆模型,并将该初始逆模型作为初始控制器,控制气动加载系统的输出压力,运行过程中采用最小方均根(Least mean square,LMS)滤波算法在线修正控制器的参数。基于VC++6.0软件开发平台设计系统实时控制程序,在一套电气比例压力阀控气动加载系统上进行试验研究。通过与PI控制算法、模糊比例积分微分(Proportion,integration,differentiation,PID)控制算法进行比较,结果表明设计的气动加载系统控制器控制精度高、响应速度快、抗扰能力强。

气动加载系统的积分型线性自抗扰控制

气动加载系统是复杂的非线性时变系统,可变参数和不确定性比较多,本文采用积分型线性自抗扰控制器(I--LADRC)对气动加载系统进行控制.自抗扰控制器(active disturbance rejection controller,ADRC)结构简单,不依赖于被控对象精确的数学模型,可以很好补偿被控系统内外各种不确定性.加入积分环节用来弥补ADRC在时变系统控制中存在的不足.在采用VC++6.0的工控试验平台上,将I--LADRC应用于气动加载系统中,分别在加载压力为恒值、方波和正弦波时进行空载和加载实验,并将得到的实验结果与PID控制算法进行比较,实验结果表明该控制算法不仅响应速度快,精度高,并且还具有较强的鲁棒性,具有良好的工程应用前景.

操纵负荷系统电液伺服加载控制方式的比较研究

在飞行模拟器操纵负荷控制系统中,采用电液伺服加载实现驾驶员在操纵时的力感觉时,常采用位置闭环控制、速度闭环控制和力闭环控制三种方式。为比较三种方式的跟踪性能,基于MAT-LAB平台进行了计算机仿真,同时在所构建的原理样机上进行了实验验证。仿真结果表明力闭环控制方式的跟踪控制精度最高,稳态误差最小;其次为速度闭环控制方式,它的跟踪误差大于力闭环控制方式,稳态误差最大;跟踪性能最差的是位置闭环控制方式,它存在较大的时间滞后,跟踪性能不好。为了验证仿真结果的有效性,在原理样机中进行了位置闭环控制和力闭环控制的力加载实验,实验结果验证了位置闭环和力闭环控制仿真结果的正确性,同时也验证了数学模型以及三种控制方式仿真的有效性。

电液伺服加载系统数字控制的研究

以电液施力系统为对象 ,讨论了数字控制在电液伺服系统中的应用 .将开闭环控制优化设计方法应用到该系统中 ,通过微机 ,A/D ,D/A板来实现对电液伺服系统的控制 ,同时对PID(比例积分微分 )算法也进行了一定的研究 .阐述了该系统的硬件、软件及实验 .对这两种算法的实验的结果进行了对比分析 ,它们均能实现电液伺服控制 ,但是从效果来看 ,开闭环算法的控制指标高于PID算法的指标 .最后对多余力的消除进行了研究 ,实验结果表明消除多余力的方法是成功的 ,行之有效的 .