基于虚拟主轴法的同步控制策略研究

为解决多轴控制系统中各运动轴的同步性问题,研究了虚拟主轴法同步控制方案。将它与目前常用的同步控制方案相对比,分析了其控制特点。以传统机械主轴同步系统的力学模型为依据,对虚拟主轴系统进行了建模仿真,并与其他同步模型相比较,体现了虚拟主轴方案的优势。研究了虚拟主轴同步控制算法在DSP上的实现,通过实验证明了该方案能够实现更好的同步控制效果。

多轴同步系统模糊补偿虚拟主轴偏差耦合控制

在多轴同步系统中,同步控制的目标包括降低同步误差,减小跟踪误差。针对普通偏差耦合控制在实际应用中的问题,对其结构进行改进。该结构通过引入虚拟主轴,虚拟主轴在参考各轴反馈转速的同时,同步完成各轴转速给定补偿,优化了同步控制性能,简化了转速补偿结构。然后,通过结合模糊补偿,可自适应修正控制参数。最后,通过机构运动进行了试验验证,试验结果表明该控制方法相对传统偏差耦合控制结构,在简化系统结构的同时,可进一步提高同步控制性能,在存在负载扰动的运行工况下,可有效降低跟踪误差。该方法也为相关领域的同步控制提供了参考。

高速列车牵引电机的同步虚拟主轴控制

针对高速列车牵引电机的同步控制问题,分析了系统同步性对于列车运行状态的影响作,并比较了不同控制策略的优势与不足,提出了利用虚拟主轴控制满足列车牵引系统高同步性的需求的方案,在Matlab中结合传统的虚拟主轴控制理论及列车牵引电机实际运行情况,对传统虚拟主轴控制模型控制参数做出调整,对启动阶段的控制策略进行了优化,建立了一个包含四台永磁牵引电机的同步控制系统模型。利用所建模型分析了系统发生负载扰动,负载不平衡等情况下转速,转矩,转速差,转角差的变化情况,并分析了系统保持同步的临界条件。研究结果表明,将虚拟主轴控制策略应用在高速列车牵引电机的同步控制之中,有着同步性高、响应迅速等的优点,该控制策略有着良好的应用前景。

虚拟主轴在无轴印罐机中的应用

介绍了虚拟主轴同步控制原理,引入了新型的控制策略:虚拟主轴同步控制。试验表明:通过对于伺服系统中虚拟主轴与各个轴之间的PID参数的调节,同步精度均达到了设计要求。试验验证了虚拟主轴的控制策略能较好的控制多轴之间的同步精度。

虚拟主轴同步控制策略在张力控制中的应用

为了改善薄膜材料在卷绕涂覆生产过程中由于张力波动过大导致的薄膜质量问题,分析了卷绕涂覆装置张力控制原理、张力与线速度的动力学关系,在此基础上设计了卷绕涂覆装置张力控制系统,同时采用虚拟主轴同步控制策略来同步各环节基准线速度,并在控制器中实现。实验结果表明,在张力控制系统中应用虚拟主轴同步控制策略可有效地抑制启动阶段和受扰阶段的扰动张力,较好地实现恒张力控制,对改善系统性能和提高薄膜质量有着重要实际意义。

基于虚拟主轴的分数阶趋近律同步控制策略

针对机械臂各关节高精度同步控制问题,选取与传统趋近律不同的分数阶趋近律,采用交叉耦合控制结构,提出了一种基于方差虚拟主轴的分数阶趋近律同步控制策略,并对所提的控制策略进行了稳定性证明。以两关节机械臂为研究对象进行了仿真验证。仿真结果表明:所提的控制策略可以使机械臂系统的跟踪误差和同步误差均快速收敛,且具有更快的响应速度和较强的鲁棒性。

基于虚拟主轴-交叉耦合的轧制速度协调控制研究

针对冷连轧动态变规格轧制时的动态速降的问题,提出了虚拟主轴-交叉耦合协调控制策略,并设计了模糊控制器。此协调控制策略结合了虚拟主轴同步控制跟随性能良好和交叉耦合同步控制抗扰能力强的优点,仿真结果表明,有效地避免了动态变规格时的动态速降,在稳态轧制时,扰动造成的动态速降是无协调控制策略时的54%,同时上游全部机架产生动态速降,进一步降低了与扰动所在机架间的堆钢程度。

改进型PID调节器在虚拟主轴控制中的应用研究

虚拟主轴控制是最近提出的新型多机同步算法,采用多机跟随虚拟主轴以实现负载均衡,达到运行同步的目的。针对虚拟主轴控制流程,分析使用固定PID参数在负载适应性方面的控制缺陷,设计了能根据虚拟主轴运行特性实现PID参数自调节的改进算法,并通过在掘进机主驱动上进行测试,证明该改进型PID调节器具有出色的多机同步性和稳定性,提高了虚拟主轴控制的实用性。

一种基于虚拟主轴的协调运动轨迹的规划分析

针对多轴间的同步运动,提出了一种基于虚拟主轴的协调运动轨迹规划的算法。建立了多轴协调运动的运动学模型,分析多轴间的运动学约束,通过逆运动学运算得到任务空间的关键位置、速度和加速度序列,将上述运动学约束转换为相互耦合的非均匀B样条控制顶点的约束,利用非均匀B样条进行了轨迹规划。将上述多条运动轨迹间的耦合关系转换为各条运动轨迹与虚拟主轴之间的耦合关系,建立了基于电子凸轮的虚拟主轴的多轴间协调运动控制模型,结合实例对模型的有效性及其运动轨迹的性能进行了验证分析。

基于虚拟电子主轴的双电机同步控制研究

为了解决双驱同步进给系统中双电机的同步控制的问题,实现精确同步控制,提出虚拟电子主轴+改进的鲁棒内环PID的双电机同步控制方法。建立感应电机数学模型,分析双电机同步控制的的基本控制策略,针对所选倍福运动控制系统建立虚拟电子主轴+改进的鲁棒内环PID同步控制算法及参数整定,通过建立仿真模型,比较三种控制策略。对同步误差和跟随性能分析表明,采用虚拟电子主轴+改进的鲁棒内环PID控制方法,具有响应速度快、抗干扰能力强、双轴同步精度高等优点。

卷材传输张力控制结构的研究与应用

介绍了多种基于卷材传输的张力控制结构,阐述了2种改进型的张力控制机械结构的设计原理,结合虚拟主轴同步控制的方法,应用于叠层机薄膜卷材传输张力控制系统中,取得了较好的实际应用效果。

重型特种装备车辆多轴协调速度控制方法研究

针对重型特种装备的停车定位对驾驶员的驾驶技术要求较高、有些场景需要驾驶员和指挥员协同工作、车辆的行驶轨迹偏移会导致效率低下以及车辆能耗增加的问题,提出了重型特种装备车辆多轴协调速度控制方法,合理控制车辆多轴协调运动轨迹,降低车辆能源消耗。通过获取车辆虚拟主轴运动的速度与加速度作为约束条件,采用三次样条插值法建立车辆虚拟主轴和从轴间的传动关系模型;以约束条件和传动关系模型为基础,结合S形速度控制算法,设计车辆多轴协调运动最优速度控制模型,实现车辆多轴协调速度控制。仿真结果表明,所提方法可有效控制车辆主轴与从轴的位移、速度与角度,有效控制车辆多轴协调周期性,与理想参数差距较小,控制精度较高;可降低车辆的能源消耗,提升车辆综合效率。

拉弯机控制系统及其多轴同步运动控制算法

针对汽车零部件的复杂拉弯工艺需求,以稳定可靠、多轴同步运动和末端速度均匀可控为目标,采用工控机和运动控制卡设计了一种双六轴的伺服拉弯机控制系统。系统软件依据MVC设计模式进行设计开发,系统硬件以运动控制卡为核心,通过EtherCAT总线对电机进行实时控制。将虚拟主轴策略引入多轴同步运动控制算法,并通过运动仿真与试验验证了控制系统的可行性。

基于交叉耦合控制的双电机同步控制系统研究

为了提高控制精度,对双电机位置同步性能进行了研究。建立了基于虚拟主轴的双电机位置同步控制系统模型。推导了双电机位置误差传递函数数学模型,并分析了典型输入情况下的位置同步误差。设计了交叉耦合控制器,实现双电机同步位置误差的检测与补偿修正。利用MATLAB对双电机位置同步的典型输入进行仿真,并构建了同步控制实验系统。仿真和实验结果表明,基于交叉耦合控制方式的双电机位置同步控制系统具有良好的抗扰动性能,在阶跃、斜波等典型输入情况下,位置同步控制精度至少可提高10倍。

基于虚轴原理的液压折弯机同步控制研究

基于液压折弯机工作原理及存在的问题,采用运动同步控制领域的虚拟轴原理,虚拟出一根主轴直接驱动液压折弯机同步系统;同时,建立了虚拟主轴模型以及基于虚拟主轴的液压折弯机系统模型,并进行了MATLAB仿真。结果表明,采用虚拟主轴同步控制策略的液压折弯机同步控制系统可以获得更好的跟随性、稳态性能和抗干扰性,提高了液压折弯机运动的同步性和稳定性。

间歇式轮转印刷机多轴同步的模糊PID复合控制

为解决国产间歇式轮转印刷机印刷重影、褶皱甚至断纸等问题,采用理论与实际相结合的方法,在详细分析其工作原理后,确定了影响印刷质量的主要原因是传动系统的多轴转动不同步。设计出基于虚拟主轴控制策略的,可根据偏差范围自动选用模糊控制、模糊自适应PID控制及两者线性叠加的模糊PID复合控制算法。经实验验证,该系统的响应速度、稳定性和印刷精度都得到大幅提高,重影、褶皱、断纸现象基本消失。该算法已投入使用,采用该算法的印刷机运行稳定、可靠,印刷效果远优于传统PID控制,满足使用要求。

基于虚轴原理的风洞全挠性喷管型面控制与仿真

分析了某超声速风洞全挠性喷管的工作原理及特点,针对其型面控制中存在的问题,采用基于虚轴原理的运动同步控制方法,模拟出一根主轴直接驱动电动缸与电动推杆运动轴来实现喷管型面的控制;同时,建立了单路执行机构模型和同步控制系统模型,并通过Matlab仿真验证了模型有效性。结果表明,采用虚拟主轴同步控制策略的风洞喷管型面控制系统模型可以获得满意的运动同步与抗干扰性能,达到了预期目的。

采用伺服电机的电子凸轮控制系统设计

针对传统机械凸轮存在的难加工、易磨损、难维护的问题,采用伺服电机设计了电子凸轮先进控制系统。该系统硬件采用德国倍福伺服运动控制实验平台,由嵌入式PC、数字伺服驱动器、永磁同步伺服电机、滚珠丝杠直线平台等组成,控制系统采用位置环、速度环、电流环三环控制模式,根据内部虚拟主轴的位移和电子凸轮表插值计算出了从轴伺服电机的位置指令、速度指令,模拟实际凸轮轨迹实现滚珠丝杠直线往复运动,并在上升和下降阶段采用五次多项式作为插值函数,保证了速度曲线、加速度曲线存在且连续,提高了机构运动性能。实验结果表明,采用电子凸轮方案后,丝杠在位移精度和反应速度方面均能获得良好效果,可以把跟随误差控制在0.005 mm内,证明采用电子凸轮代替原有机械直动推杆凸轮是可行的。

同步控制策略在高速列车牵引电机中的应用

高速列车采用永磁同步电机作为牵引电机以后,每台电机由独立的逆变器供电,为使个别轮对发生"空转"时系统能够快速响应,有必要对同步控制策略的应用进行研究。本文分析比较了不同同步控制策略的特点,提出了适用于4台永磁同步电机同步控制的虚拟主轴和偏差耦合控制方案,在Lab VIEW中搭建了仿真模型。利用仿真模型分析了系统在单台电机负载突然减小的情况下电机转速以及电机间转速差的变化情况,讨论了一些参数对控制策略的影响。对比分析了虚拟主轴和偏差耦合两种方案在大功率永磁同步电机同步控制中的性能与各自特点。仿真结果证明高铁永磁牵引电机采用合适的同步控制策略后,当个别轮对出现空转等状况时,受扰动电机的速度突变被限制在较小范围内,危害减小。

基于多轴同步控制系统的研究与应用

基于虚拟主轴的多轴同步控制技术,阐述了多轴同步控制技术的控制原理,介绍了基于虚拟主轴同步控制的控制方法,并基于此方法设计了多轴同步控制伺服系统,将此控制系统应用于MLCC叠层机设备中,取得了较好的实际控制效果。