基于李雅普诺夫理论的电液伺服系统非线性位置控制研究

电液伺服系统存在高度非线性及参数时变等问题,同时由于其多学科性质导致精确模型的建立比较困难。针对电液伺服系统非线性位置控制问题,采用基于非线性系统的李雅普诺夫理论的控制器实现电液伺服系统的有效控制,并对控制效果进行仿真验证。构造了伺服阀以及液压执行器的动力学方程,建立电液伺服系统简化数学模型。基于非线性系统的李雅普诺夫理论,利用积分反演法设计了电液伺服系统控制器。采用MATLAB软件对电液伺服系统进行仿真,并与传统PID控制器的计算结果进行对比和分析。仿真结果显示:采用所设计的控制器,电液伺服系统对阶跃和正弦信号的跟踪性能较优,所需控制电压减少50%左右,跟踪误差也大大减少。

水田激光平地机非线性水平控制系统

为使水田激光平地机的平地铲在受到干扰偏离水平位置时能够迅速回复水平,设计了基于角速度-偏差角度的非线性PID控制器的平地铲调平控制系统,使平地铲零角速度渐近回到水平位置,实现零超调,提高了平地机水平控制精度和稳定性。根据平地机的机械液压系统结构搭建了平地铲调平系统动力学模型,推导了传递函数,基于剩余路径确定允许最小角度的非线性控制,设计了水平调平闭环控制系统方案。采用标准姿态航向参考系统AHRS检测平地铲实时倾角与角速度,TMS320F28035芯片作为控制器,设计制作了水平控制系统电路,依据传感器数据通过非线性PID位置控制算法计算出控制量,并通过PWM驱动电路实现平地铲水平控制。在华南农业大学研制的水田激光平地机上,进行了实验室测试与田间试验验证。测试结果表明,水平控制系统响应迅速,实现了平地铲渐进逼近水平位置的控制效果,超调小,稳态误差趋于零,平地铲基本控制在水平位置±1°以内,平地铲工作稳定。

基于演算子理论的IPMC人工肌肉精确位置控制

IPMC(Ionic Polymer Metal Composite)人工肌肉是一种离子交换聚合金属材料,由于具有在低电压作用下可以产生较大弯曲的特性,已经被作为分布式传感器和执行器广泛应用于各种仿生机器人构建中。为了在各种仿生机器人中应用IPMC人工肌肉,期望的位置或偏移量必须能够精确地控制。针对这个问题,通过应用鲁棒右互质分解方法,本文设计一种基于演算子理论的IPMC人工肌肉精确位置控制系统,该系统不仅保证了鲁棒稳定性,而且能够实现精确的位置跟踪。最后,通过仿真和实验结果,系统的有效性进一步得到验证。

基于滑模变结构的IPMC跟踪控制系统设计

为了使IPMC人工肌肉在仿生机器人中得到更好的应用,其期望的位置必须能够精确地控制.针对IPMC表现出的强非线性以及模型不确定性,首先采用滑模变结构对其进行控制,实现了在不确定因素下的系统鲁棒稳定,然后采用PI外环控制器对其进行跟踪,最后将神经网络应用到PI外环跟踪控制器的设计中.仿真结果表明,该系统不仅能够实现含有不确定性的IPMC人工肌肉精确位置跟踪,而且能在模型不确定性以及外部因素干扰下依旧保持稳定,鲁棒性能好.