基于卡尔曼滤波及牛顿预测的角加速度估计方法试验研究

基于角位置测量的角加速度实时估计问题是机电系统控制中一个非常重要的问题,在分析现有的线性回归平滑牛顿法和卡尔曼滤波法的基础上,提出了一种新的基于卡尔曼滤波和牛顿预测相结合的角加速度估计方法。该方法旨在利用牛顿预测进一步增强卡尔曼滤波的预测能力,减小由于滤波造成的相位滞后,提高估计加速度与实测加速度的一致性。为了验证新方法的有效性,以直接驱动机器人作为试验对象,采用将估计加速度的频率特性与实测加速度相比较的方法,分别对上述三种估计算法进行了试验比较研究,从而为利用估计加速度(取代测量加速度)实现加速度反馈控制提供了试验依据。

基于PD控制器和牛顿预测器的等效前馈复合控制技术

伺服系统是无线电遥测设备的重要组成部分,随着遥测技术的不断发展,对伺服系统的稳态精度和响应速度有了更高的要求,文章主要针对提高遥测设备伺服系统跟踪控制精度和降低系统动态滞后误差的方法进行研究;文章在遥测设备伺服系统传统的位置环、速度环和电流环三闭环控制的基础上,通过PD控制器估计目标角速度,利用牛顿预测器对估计的角速度进行一步超前预测,将超前预测的估计角速度馈入速度环路,实现基于目标角速度预测的等效前馈复合控制;在遥测设备伺服系统中进行了测试验证,文章提出的方案正弦测试结果跟踪误差比传统三闭环方案减少,阶跃跟踪测试调节时间减少;实验结果表明,采用PD控制器和牛顿预测器控制技术的伺服系统能够快速实现对目标的稳定跟踪。

一种新的角加速度估计方法及其应用

首先提出了一种新的基于卡尔曼滤波及牛顿预测的角加速度估计方法,在已知电机驱动系统位置信息的情况下,利用卡尔曼滤波实时估计系统的角加速度;同时采用牛顿预测方法解决估计算法的滞后问题,进一步提高了估计加速度的响应频带．以此为基础,本文进一步分析了利用估计加速度进行反馈控制以增强系统对外扰动的鲁棒性问题,提出了加速度反馈控制策略的设计准则并分析了稳定性．在一个直接驱动机器人关节上针对上述加速度估计及控制方法进行了实验研究:将估计加速度的实验结果与实测加速度(利用加速度计)的实验结果进行了比较分析,从而定量地揭示出估计加速度及其反馈控制在实际系统中的可行性及有效性．

一种新型的速度和加速度估计器

将扩张状态观测器和递归线性平滑牛顿预测器相结合,形成了一种新型的速度和加速度估计器,它在跟踪位移和估计速度的同时能一并估计出加速度。虽然扩张状态观测器本身对量测噪声已经具有较好的滤波特性,但为了减小时间延迟,不能使滤波参数过大,这样会使估计出的加速度噪声稍高,需再用递归线性平滑牛顿预测器对加速度进行二次滤波。仿真结果表明,由扩张状态观测器和递归线性平滑牛顿预测器构成的滤波估计器在仅有位置量测信号且在噪声较大的情况下能有效地估计出速度和加速度,最终得到的速度和加速度估计信噪比高且时间延迟小。该估计器主要用于运动控制和机动目标跟踪中。

一种低延迟三电平APF的方案设计及仿真研究

为实现谐波检测低延时与补偿电流跟踪控制的高实时性,以此提升三电平有源电力滤波器(active power filter,APF)的动态响应性能与稳态滤波精度。设计一种低延迟三电平APF系统方案:用移动窗积分算法降低ip-iq检测中常用二阶巴特沃斯(butterworth)低通的延迟时间;提出运用基于等距结点牛顿后差插值的瞬态重复校正预测控制方案,实现传统电压空间矢量脉调(space vector pulse width modulation,SVPWM)与无差拍算法的复合控制策略,消除传统SVPWM控制拍数的延迟。Matlab对系统方案仿真对比:三电平APF系统采用低延迟方案时启动阶段响应快且稳,负载突变后过渡响应快,稳态总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)为1.36%,具备明显优势。研究表明:低延迟三电平APF系统方案通过降低谐波检测延迟与电流跟踪控制延迟,提高了APF系统的滤波性能。

基于改进连续潮流法的电压稳定极限计算方法

针对电压稳定性分析连续潮流法的计算效率、精度及收敛性问题,提出了一种改进型的连续潮流法。该方法在参数化中,有机结合了物理参数化和局部参数化在不同区域的优点,在校正过程引入了一种新的预测-校正法,在步长控制中,提出了变步长控制函数,极大地提高了算法的计算精度、效率和收敛性。最后通过实例证明该方法可以提高连续潮流法分析电压稳定性的效率,并验证了该方法的有效性。

空间机械臂关节非线性摩擦建模及补偿

针对空间机械臂关节存在的非线性摩擦问题,提出了一种非线性摩擦建模及补偿方法。首先,根据建立的机械臂关节动力学方程推导出非线性摩擦与电机电流、角加速度的关系;然后,通过测得的机械臂关节角度信号,设计了Kalman-牛顿预测器来估计负载端的角加速度,并利用估计的角加速度和采样电流值计算出摩擦力矩,建立机械臂关节的指数摩擦模型;最后,基于该模型设计了前馈补偿控制器,用于对机械臂关节的非线性摩擦进行补偿。通过机械臂关节驱动实验验证了此方法的可行性。