一类复杂工业过程的数据驱动与PID协调控制

针对一类具有强非线性且难以建立精确数学模型的复杂工业过程,提出了一种基于PID与数据驱动的协调控制策略。在系统初始阶段,采用PID控制方法,不需要建立系统的数学模型,就能获得大量系统输入输出(I/O)数据。在系统稳态阶段,提出了多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)无模型自适应离散终端滑模控制(model-free adaptive discrete terminal sliding mode control,MFA-DTSMC)方法,该方法基于系统的紧格式动态线性化数据模型,且伪Jacobian矩阵(pseudo-Jacobian matrix,PJM)估计算法仅取决于被控对象的I/O测量数据。其次,设计了一种协调控制策略,实现了PID与数据驱动控制器之间的协调控制。以双容水箱液位系统为例进行仿真实验,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

P2.5-PHPS发动机至混合驱动模式切换过程动态协调控制研究

搭载双离合变速器的P2.5插电式混合动力系统传动效率高,换挡和模式切换过程无动力中断,应用前景广阔,但其模式切换过程由于发动机与电机的扭矩响应特性存在差异,扭矩波动明显,影响驾乘体验。针对上述问题,提出一种发动机驱动至混合驱动模式切换的协调控制策略,以搭载双离合变速器的P2.5插电式混合动力系统为研究对象,对其发动机至混合驱动模式切换过程进行分析,依据分析结果将系统模式切换过程划分为4个阶段。在此基础上,基于PID反馈原理控制动力源的实际输出转矩并通过控制加速踏板开度变化率限制发动机的扭矩变化率,利用驱动电机扭矩快速响应的优势补偿发动机扭矩响应滞后来降低输出扭矩波动,制定模式切换过程多阶段双动力源扭矩协调控制策略。搭建基于P2.5插电式混合动力系统的发动机至混合驱动模式切换动态协调控制仿真模型。仿真结果表明,模式切换过程无动态协调控制策略的最大冲击度约7.1 m/s^(3),策略下最大冲击度约1.78 m/s^(3),减小74.9%,表明所提出的控制策略能有效减小模式切换过程冲击度,提高整车平顺性。

精确运动控制的驱动系统

作为一个系统来讲,电动机和运动控制器不仅仅是一系列元器件的总和。Faulhaber公司就用自己的产品展示了只有使用合适的运动控制器才能可靠地驱动小型电动机实现自动化。在自动化控制领域中,机械设备的运动通常都要精确地、动态地和灵活地予以控制。例如,没有人愿意让不安全的机器人给自己做微创手术。即便是在CNC数控机床加工过程中数控机床的刀具和材料供给也都必须做到非常精确,只有这样才能确保零件的加工精度。但如果没有合适的驱动装置就无法完成此类任务。

考虑外部干扰的超螺旋ZNN多机械臂协调运动控制

为了解决传统归零神经网络(ZNN)存在的两个缺点:收敛时间趋于无限大且外部干扰的抑制停留在渐近收敛阶段,提出了一种超螺旋归零神经网络(Super-Twisting Zeroing Neural Network,ST-ZNN)多机械臂协调运动控制模型。首先建立了考虑外部干扰多机械臂的运动控制模型,然后提出了ST-ZNN设计框架,并证明了ST-ZNN在带有外部干扰的多机械臂协调运动控制中具备全局稳定性、有限时间收敛性和鲁棒性。最后,通过两个带有不同干扰的多机械臂协调运动控制仿真实例的对比分析可知两个实例中的收敛时间均为0.2s,该结果与理论证明推导结果一致,且在不同外部干扰条件下,收敛时间相同,另外,ST-ZNN模型产生的残留误差明显小于传统ZNN模型。验证了所提出的ST-ZNN模型具有有限时间收敛性和对外部干扰的鲁棒性。

食品包装机械过程运动控制系统

为了提高食品包装机械过程运动控制的自适应性,设计基于LabVIEW实时模块的食品包装机械过程运动控制系统。通过设计食品包装机械过程运动控制系统总体架构,采用层次化、模块化的体系结构设计方法,分析系统参数技术指标,在此基础上,设计系统硬件结构模块及通信外设部分,主要包括原始数据采集模块、食品包装机械过程运动信息模块、AD信息集成控制模块、时钟周期振荡模块以及LabVIEW实时运转状态分析模块等,并结合PLC控制器、伺服驱动器、编码器,进行食品包装机械过程控制,采用LabVIEW总线传输控制技术对驱动负载控制,通过人机界面交互的方式实现基于LabVIEW实时模块的食品包装机械过程运动控制系统设计。测试结果表明,所设计系统的食品包装机械过程运动控制误差率在5%以内。基于LabVIEW实时模块的食品包装机械过程运动控制系统进行食品包装机械过程运动控制的精度较高,过程稳定性较好。

基于PLC技术的焊接机器人主从协调运动控制系统研究

焊接机器人运动控制系统的控制功能直接决定了焊接工作质量,利用PLC技术优化设计焊接机器人主从协调运动控制系统;在系统硬件设计方面,装设位置、速度、旋转电弧等传感器设备,利用传感数据检测焊接机器人实时位姿;在考虑焊接机器人组成结构、工作原理以及动力驱动方式的情况下,构建焊接机器人的数学模型;结合当前位姿和控制目标之间的位置关系,规划焊接机器人主从协调运动轨迹,在约束条件的作用下,利用PLC控制器生成控制指令,作用在改装的焊接机器人驱动器上,实现系统的焊接机器人主从协调运动控制功能;通过系统测试实验得出结论:与传统控制系统相比,优化设计系统的速度控制误差、姿态角控制误差分别降低了0.075 mm/s和0.38°,在优化系统控制下,主从焊接机器人的运动轨迹与规划轨迹之间无明显差异。

液力自动变速器升挡过程发动机协调控制

发动机转矩协调控制是提高液力变速器换挡品质的重要技术手段。以某型号柴油机和西安双特智能传动有限公司的FC180液力自动变速器组成的动力传动系统,制定了换挡过程发动机协调控制策略,并在实车上进行了对比试验。结果表明:通过在惯性相初期阶段减小发动机转矩以抵消部件转动惯量释放的转矩,在惯性相后期通过标定发动机使其转矩增加,以抵消升挡后由于速比减小导致输出转矩减小而引起的冲击,提高换挡品质。

穴盘苗全自动移栽机运动协调控制系统设计与移栽试验

为实现穴盘苗全自动移栽机取苗、移盘和植苗动作驱动系统的分离,简化移栽机机械传动系统结构,以提高其可靠性和作业质量,基于PLC设计了一套穴盘苗全自动移栽机运动协调控制系统,并进行了实际移栽试验。试验结果表明:在运动协调控制系统的控制下,实现了步进电动机驱动苗盘横向进给运动、伺服电动机驱动取苗机械手纵向往复运动、取苗机械手气动垂直取/放苗动作和气动喂苗动作的控制及其与机械驱动植苗动作的同步配合,穴盘苗全自动移栽机可以实现40株/(min·行)的取/放苗速度,在整机单行移栽39.9株/min的平均移栽速度下,样机完成取/放苗过程并最终将钵苗成功喂入栽植器的喂苗成功率达到96.9%。

双面双弧焊机器人主从协调运动控制

为了实现低合金高强钢厚板机器人焊接,研究了一种不清根的双面双弧焊机器人柔性加工系统,系统采用集散控制,双面双机器人采用主从协调控制策略,Motoman机器人为主手(正面),KUKA机器人为从手(背面),建立该系统协调运动的算法模型,根据主手焊枪末端位置和姿态,以工件基准路径平面为对称面,经过运动学坐标变换,推导出背面从手机器人工具末端的运动路径点,从而控制从手跟随主手协调运动,经过双机器人协调试验,结果表明,该算法能满足双面双机器人焊接要求.

并联混合动力汽车模式切换过程的协调控制

结合解放牌混合动力城市客车的实车调试,对不同模式之间的切换过程进行了分析,针对其切换过程易导致转矩波动,提出了基于电机辅助的协调控制策略,并利用AVL/Cruise及MATLAB联合仿真平台进行了建模仿真研究。仿真结果表明,协调控制策略保证了模式切换过程中动力传递的平稳性。

复杂工业过程智能协调控制系统的设计与应用

针对复杂工业过程系统的特点,提出一套智能协调控制方案:以管理信息系统局域网为基础,将人工智能、专家系统、模糊神经网络控制各自的优势综合在一起,构成一个智能协调控制系统,用于对复杂工业过程实现管控一体化,为复杂工业过程的控制提出一条有效途径。经仿真和控制实验结果表明,控制性能令人满意。

基于因特网的运动控制系统中变采样过程的研究

基于因特网的运动控制系统多采用时间驱动方式,由于采样周期与时延的不匹配,在报文接收端会出现空采样和多采样现象,这些采样现象使系统变得更难控制.提出事件-时间驱动方式,即采样周期要随着网络环境的变化而变化.不但对该驱动方式下的采样信息处理方法进行研究,而且提出了相应的网络时延补偿方案.理论分析和实验结果证明该方法可在任何因特网环境下实现运动控制的任务.

周边桁架可展开天线展开过程运动分析及控制

根据周边桁架式可展开空间天线的结构特点,先建立周边单元浮动坐标系,采用坐标变换方法,得出了周边单元间的运动变换关系,建立了该天线通用的展开过程运动分析模型,可分析展开过程中结构上任意点的位置、速度和加速度.为避免展开过程中冲击过大,对周边单元的展开速度进行规划.根据驱动绳索的运动与单元展开运动之间的变换关系,将周边单元的运动规划转化为展开绳索的运动控制,对天线的展开实施位置控制.仿真实例表明该控制方法可使天线按照规划的展开角变化规律平稳展开.

电力系统全过程动态仿真中的机炉协调控制系统模型研究

机炉协调控制系统(coordinated control system,CCS)是火电机组满足电网负荷需求和保证机组本身稳定运行的重要控制措施。在分析机炉协调控制系统原理和控制方式的基础上,提出了一种适于电力系统机电暂态及中长期动态全过程仿真的机炉协调控制模型,并在电力系统全过程动态仿真程序进行编程实现。通过模型参数值的设置,该模型可以灵活模拟炉跟机、机跟炉、协调控制、直接能量平衡等火电厂机炉控制中的常见组态方式。采用两个仿真算例说明了不同CCS控制方式对机组功率的影响,以及CCS在与频率动态特性相关的电力系统动态仿真中的作用。

基于等效解耦过程的交直流协调控制鲁棒稳定性研究

通过等效解耦过程(effective open-loop process)将多输入多输出系统中的各回路进行解耦,把多变量系统回路方程形式转换为单变量系统回路方程,从而建立起各回路独立控制的数学模型。但在多输入多输出系统中,各回路控制器之间可能存在无法协调的问题,为此,在实现等效解耦过程解耦控制的基础上,基于小增益定理,提出判断交直流系统协调控制鲁棒稳定性的量化指标;且针对发电机PSS附加控制与直流附加控制的协调控制,设计了能够协调运作且抑制低频振荡的发电机PSS附加控制器和直流附加控制器。在PSCAD中进行算例仿真验证了所提判断交直流系统协调控制鲁棒稳定性量化指标的有效性和所设计控制器的实用性。

漂浮基空间机器人协调运动的自适应控制与鲁棒控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控制的漂浮基空间机器人协调运动的控制问题。借助于虚拟扩展系统的控制输入与输出 ,克服了漂浮基空间机器人系统控制方程关于惯性参数呈非线性函数关系的难点 ,保持了控制方程关于惯性参数的线性函数关系。以此为基础 ,针对末端抓手所持载荷参数是未知及不确定的两种情况 ,分别设计了载体姿态及末端抓手惯性空间轨迹协调运动的自适应控制方案与鲁棒控制方案。

考虑前车运动不确定性的多目标自适应巡航控制

考虑前车运动状态不可控所带来的性能下降,提出一种基于高斯过程的随机模型预测多目标自适应巡航控制方法。基于车间运动关系对跟驰系统进行集成建模,综合考虑车辆安全、经济、舒适等多维诉求,确定跟驰系统目标函数与性能约束;引入径向基核描述样本间的关系,通过极大似然法获取预测模型超参数,根据历史交通数据,对前车运动轨迹进行短期预测;考虑预测结果存在的偏差,引入概率约束,建立不确定环境下的随机预测模型以保障系统在随机扰动下的整体性能最优;通过切入、加速跟驰、减速避撞等典型场景对算法的有效性与优越性进行验证。研究结果表明:所提出的方法具有良好的工况适应性,可快速消除跟踪误差与前车运动保持一致,使车辆对交通环境的反应更加敏捷。

自由飞行空间机器人系统的协调运动控制

考虑由载体和机械臂组成的空间机器人系统的协调控制问题，提出了一种新的协调控制策略．该策略首先利用简单的变结构控制器粗略控制载体的运动，进而设计机械臂控制器以保证手端精确跟踪其期望的运动轨迹．应用该策略分别对手端自由运动和受限运动设计了相应的控制器，并对两杆平面空间机器人系统进行了仿真，证实了控制策略的有效性．

多轴协调运动中的交叉耦合控制

直接把轮廓误差作为控制的目标,在多轴运动的各轴之间引入耦合因素,通过各轴间的协调来提高轮廓精度,而不仅仅通过单轴解藕控制改善各轴的位置跟踪精度。就多轴协调运动中的各种交叉耦合控制器的设计,从控制的角度进行了全面的分析与综合,提出了有待解决的若干问题,对未来的发展方向进行了展望。

空间机器人姿态与末端抓手协调运动的鲁棒自适应控制

本文讨论了载体姿态受控、位置不受控制的漂浮基空间机器人协调运动的控制问题。借助于虚拟扩展系统的输入与输出,得到了一组关于惯性参数呈线性函数关系的系统控制方程。以此为基础,针对空间机器人系统中不确定参数与未知参数并存的复杂情况,设计了载体姿态与末端抓手惯性空间轨迹协调运动的鲁棒自适应控制方案。利用两杆空间机器人系统进行了系统仿真运算,仿真结果证实了上述控制方案的有效性。由于对系统待估计参数作了分类,并充分利用系统信息对系统不确定参数采用保持鲁棒性而不是在线估计的方法,提到的控制方案具有计算量小的优点,有助于缓解机载计算机运算能力有限的矛盾。