光电稳定平台中高阶扰动观测器的应用

由于光电稳定平台在稳定视轴时易受到摩擦、风阻、不平衡以及载体扰动等干扰力矩的影响,本文研究了利用高阶扰动观测器抑制扰动力矩的机理和方法。该扰动观测器由控制对象的逆模型和进行了高阶设计的改进型滤波器组成。提出的方法将观测量作为电流环的输入,利用电流环超高的控制带宽抑制扰动力矩。对系统的扰动抑制能力进行了仿真,结果显示高阶扰动观测器对高阶扰动模型具有很好的抑制能力:对于阶跃扰动和斜坡扰动,三阶扰动观测器的抑制率为100%;对于抛物波扰动,三阶扰动观测器的抑制率为99.9999996%。另外,观测器对于控制对象模型的摄动具有很好的鲁棒性。提出的方法可以在提高伺服系统响应速度的同时保证系统的鲁棒性,满足光电稳定平台的应用要求。

直线电机高速高精运动分段式三元复合控制

针对半导体键合机XY运动平台的直线电机在高速启停运动时残余振动较大的问题,提出了一种分段式三元复合控制方法以提高直线电机的定位精度。首先,基于正弦扫频的方法建立了直线电机被控对象的高阶精确模型;其次,在直线电机的高速运动阶段采用三阶前馈控制与PID反馈控制结合的复合控制方法,实现了高动态响应;分析了高速运动状态下扰动观测器对动态性能的影响,在定位阶段引入高阶扰动观测器以抑制残余振动。实验结果表明,与传统的“前馈+反馈”复合控制方法相比,分段式三元复合控制方法在不影响直线电机动态跟踪性能的情况下,使其定位误差调整至±0.5μm所需的时间降低了89%以上,显著提高了其定位精度。

基于时变扰动抑制的动力换挡拖拉机起步控制方法

针对拖拉机起步工况复杂,起步控制系统存在建模不确定性、参数摄动和时变扰动等问题,为提高动力换挡拖拉机起步品质和驾驶员操作舒适性,提出了基于时变扰动抑制的拖拉机起步控制方法。首先,以动力换挡变速箱(Power shift transmission,PST)为研究对象,通过分析拖拉机起步过程的动态特性建立PST起步动力学模型,以冲击度和滑摩功作为换挡品质评价指标,构建起步控制的性能泛函;然后,引入高阶扰动观测器(High-order disturbance observer,HDO)估计起步控制系统中的扰动及其各阶导数,结合哈密尔顿函数对线性二次型调节器(Linear quadratic regulator,LQR)推导求得最优控制律;最后,基于Matlab/Simulink和AMESim构建大功率拖拉机PST的联合仿真模型,并与PIO观测器(Proportional integral observer,PIO)进行对比,验证本文方法的有效性。算例验证表明,HDO能够准确估计系统时变扰动,通过与LQR的结合可有效抑制系统时变扰动。仿真结果表明,中等起步,运输工况和犁耕工况下,HDO冲击度分别为12.25、11.32 m/s^(3),比PIO分别降低了21.92%、22.20%,滑摩功比LQR分别减少0.49、0.11 kJ。在不同工况和起步意图下,本文方法可有效降低动力换挡拖拉机起步过程中的冲击度和滑摩功,具有较好的换挡品质和控制鲁棒性。