数控压机伺服控制系统复合控制器I-ABC与PID优化

为了提高数控压机伺服控制系统的控制精度,针对伺服控制系统运行控制过程构建数学模型,在人工蜂群算法基础上融入了云分析模型,之后采用改进人工蜂群算法(Improved Artificial Bee Colony,I-ABC)调节比例-积分-微分(Proportional Integral Differential,PID)参数,建立了一种复合控制方法。研究结果表明:以I-ABC进行PID控制时,可以使幅度差降低到0.4%,相位差基本在-0.54°之内,系统加载精度也获得了明显提升,表现出了更优的跟踪性能。以I-ABC进行PID控制时,能够对多余力起到明显抑制作用,响应速度也获得明显提升,可以有效满足系统的准确控制要求。在系统内加入干扰信号,引入I-ABC实施PID调节可以减小系统超调量,还可以获得更短调节时间,使系统获得更强抗干扰性能。

一种用于电液位置伺服系统控制的高阶滑模控制器的设计

这里提出了一种用于电液位置伺服系统控制的高阶滑模控制器的设计,以提高电液位置伺服系统的控制准确度。从电液伺服系统的构造出发,分析了其组成结果与工作过程。以外界输入电压为依据,求取了滑阀的动力学模型,通过液压缸两个子缸压力差值形成的负载压力,计算出了滑阀动态运动时产生的流量,并通过负载压力得出了负载的位移平衡方程,进而以滑阀位移、负载位移及输入电压等系统的状态参数,获取了电液伺服系统的动力学模型。引入超螺旋控制器和广义超螺旋控制器的一般表达形式,以输入电压误差及负载位移误差为依据,构造了系统的滑动面函数,并将滑动面函数的导师与超螺旋控制器相结合,构造了基于超螺旋控制器的滑模控制器,为了提高系统的收敛速度,在基于超螺旋控制器的滑模控制器的基础上,借助广义超螺旋控制器,构造了高阶滑模控制器,以对电液位置伺服系统进行控制。实验结果表明,所提算法不仅具有较好的响应速度,而且对电液位置伺服系统的控制准确度较高,在对目标轨迹跟踪时,所提方法比模糊干扰观测器方法的跟踪准确度提高了33.11%。说明所提方法对电液位置伺服系统具有较好的控制性能。

基于H_(∞)控制器的阀控非对称缸位置伺服系统控制

以阀控非对称缸位置伺服系统为研究对象,建立其数学模型;针对负载突变及油液弹性模量变化提出了H∞鲁棒控制方法,从频域上分析了控制器对系统动态性能和稳态性能的影响。采用AMESim和MATLAB/Simulink搭建了阀控非对称缸位置伺服系统的联合仿真模型,对不同工况下控制器的跟踪精度及抗扰能力进行仿真研究。最后,通过油缸加载实验测试平台对仿真结果进行进一步验证。结果表明:所设计的H∞控制器提高了系统的快速性和鲁棒性,相比于PID控制下系统正弦响应结果,H∞控制器的最大跟踪误差在无负载工况下降低了48.8%,在负载突变工况下降低了56.25%;同时阶跃响应时间缩短了7.5%。

多电飞机中高效高功率密度伺服控制器设计

高效、高功率密度和高功重比是飞机电力作动系统伺服控制器的发展趋势。分析了限制伺服控制器功率密度提升的关键因素,从功率器件、母线电容和机械结构展开研究。采用分立SiC器件多管并联方案,通过权衡效率和功率密度设计功率器件的并联数量;建立电容电流应力、电压纹波与电容的数学关系,给出了最小体积的电容设计方案;采用立体式板卡和双面贴装散热设计了紧凑型机械结构来提升功率密度。最后设计出功率50 kW、功率密度11 kW/L的样机。

基于自抗扰控制器的转台伺服系统位置控制研究

针对转台伺服系统具有非线性和参数时变性特点,提出一种基于自抗扰控制器的位置控制方法。首先,建立转台伺服系统的数学模型,将转速控制等效为一阶惯性环节,得到简化后的系统传递函数模型。其次,设计自抗扰控制器,研究二阶跟踪微分器、扩张状态观测器和误差反馈控制律。最后,在MATLAB/Simulink和CODESYS中完成自抗扰控制算法的仿真研究,并在实验平台进行验证。实验结果表明,与PID控制器相比,基于自抗扰控制器的转台伺服系统位置跟踪精度高、动态响应速度快、鲁棒性好。

电磁兼容风险评估技术在飞机某系统伺服控制器设计的应用

飞机某系统伺服控制器电机驱动电路产生的电磁骚扰起始频率低,功率大。产品设计过程中,常常仅依靠设计电源滤波器通过GJB151B-2013标准CE102电源线传导发射测试项,电源滤波器体积、重量较大。而飞机对机载设备轻量化的要求日益严格,飞机减重后,同样的动力基础下,油耗更低、运力更高、飞行距离更远,还能带来一系列的绿色经济效益。飞机减重意义重大,要“为减轻每一克重量而奋斗”。本文在伺服控制器设计阶段,应用电磁兼容风险评估技术,确定伺服控制器CE102测试项的关键风险要素,识别伺服控制器的电磁兼容设计风险,制定伺服控制器的电磁兼容设计方案,而不是仅依靠设计电源滤波器通过CE102测试项。结果表明设计效果显著,CE102测试项一次性通过试验,满足GJB151B-2013标准要求,滤波器体积减小42%,重量减轻约40%。

电液位置伺服控制系统设计与实验验证

针对电液位置伺服系统存在外部不确定性扰动和非线性等问题,采用基于敏感度分析(SA)和粒子群优化(PSO)的径向基函数(SAPSO-RBF)神经网络设计电液位置伺服控制系统。利用SAPSO-RBF神经网络估计伺服系统模型中的未知参数并设计伺服系统滑模控制器,同时搭建双出杆对称液压缸电液位置伺服控制系统实验装置。SAPSO-RBF神经网络滑模控制方法与传统滑模控制方法对比实验结果表明,SAPSO-RBF神经网络滑模控制方法具有更高的跟踪精度、更强的鲁棒性,并且系统抖振得到了有效抑制。

基于频域特性的伺服系统控制器设计

伺服控制系统在工业机器人、数控机床等高速高精度运动控制系统中有着广泛应用,伺服系统控制器是决定其性能优劣的关键,为此提出一种基于频域特性的伺服系统控制器设计方法。通过设计控制器改变系统开环频率特性,然后分析开环频率特性来评估系统的闭环性能,进一步依据开环频率特性和设计指标调整控制器参数使系统达到理想性能,最后在闭环响应中检验控制器设计效果。为了验证所提方法的有效性,以PID控制器和基于内模原理的LQR控制器频域设计为例在自主研发的伺服云台控制系统中进行实验。实验结果表明,基于频域的控制器设计方法提升了控制器设计的效率和伺服系统的性能。

基于SINUMERIK 808D数控系统的第三方伺服主轴控制

随着“中国智造”时代的到来,我国企业对制造装备的要求不断提高,对现有机床进行升级改造无疑是一种经济高效的选择。但数控系统对第三方产品的兼容性一直困扰着机床电气设计人员,为此,以国产加工中心改造为背景,阐述了西门子数控系统SINUMERIK 808D对第三方伺服主轴实现高精度控制的具体方法,以期为解决相关实际工程问题提供指导。

基于改进自抗扰控制的电动伺服系统机械谐振抑制方法

导弹发射和飞行过程中,电动伺服系统受发动机点火、气动负载、舵面冲击等载荷作用下,加大结构的磨损,导致系统结构间隙的存在,极大地降低了传动刚度,并加剧谐振带来的危害。本文提出改进自抗扰控制器(active disturbance rejection controller,ADRC)以改善电动伺服系统的位置跟踪特性。首先分析了电动伺服系统的机械谐振机理,设计了线性自抗扰控制器,利用改进粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法进行控制参数寻优,并进行了仿真分析验证了该方法的可行性,最后电动伺服系统试验结果验证了改进ADRC的有效性,提高电动伺服系统的动态和稳态性能。

基于ADRC和模型预测控制的直驱伺服阀振荡抑制研究

直驱伺服阀因构造简单、抗污染能力强、输出功率大等突出优势,逐渐扩展其应用场景。作为飞控系统的关键部件之一,电液伺服阀的特性与可靠性直接关乎飞行性能与安全。本文针对某型航空用双系统直驱伺服阀存在的阀芯振荡问题,探究基于方法的伺服阀振荡抑制策略。建立了该直驱伺服阀系统的部件级数学模型,并与突变液流力模型联合运算;设计了自抗扰控制器(ADRC)和模型预测的复合控制方法,并与传统比例积分微分(PID)控制方法进行仿真对比。结果表明,ADRC和模型预测的复合控制方法对直线电机电流的高频小范围调节可有效抵消突变液流力对阀芯运动的影响,从而为直驱伺服阀在复杂受力环境下的控制器设计提供理论参考。

基于STM32的比例阀控气缸位置伺服控制器

传统的工控机控制系统具有成本高、功耗高、体积大、操作复杂等特点,针对这些问题,提出了一种基于嵌入式技术的比例方向阀控气缸位置伺服控制方法。首先,分析了气动位置伺服控制器的实际需求,设计了控制器的最小系统、主控板、模数扩展板和数模扩展板的硬件电路;然后,在集成开发环境Keil MDK下,使用C语言进行了嵌入式软件编写,在跨平台嵌入式软件编程环境Qt下,使用Visual C++语言进行了上位机软件编写;最后,为了验证气动位置伺服控制器的有效性,搭建了比例方向阀控气缸位置伺服控制实验平台,利用所开发的嵌入式气动位置伺服控制器,分别进行了气缸的定位控制和轨迹跟踪实验。实验结果表明:该伺服控制器能够简单、有效地实现气缸位置控制的目的,在跟踪频率为0.5 Hz的参考轨迹时,轨迹跟踪最大误差约为4.6 mm;在跟踪频率为0.25 Hz的参考轨迹时,轨迹跟踪最大误差约为3.1 mm。研究结果表明:该位置伺服控制方法具有良好的控制性能,能够适用于对控制精度要求不是特别苛刻的场合。

一种同步伺服控制器电磁兼容总体优化设计方法

为解决同步伺服控制器对外电磁干扰发射水平超标及内部电磁兼容性问题,介绍一种电磁兼容总体优化方法。在控制器内部有限空间内,通过合理设计分腔屏蔽结构及布局、合理接地等硬件方法,避免因交直流供电线间耦合导致的交流输入滤波失效,形成强干扰发射等问题,并最大限度形成屏蔽,隔离内外部干扰。通过定时监控、数据多址存取、信号多冗余度采集及滤波等软件方法,提高了控制器抗扰性能。测试结果表明,优化设计后的样机能够满足GJB 151B—2013的要求。该方法在设计阶段提升了产品电磁兼容性,降低了研制周期及成本。

静态试验机的伺服调速液压控制系统设计

传统的伺服液压站是通过改变比例阀的开度来调整液压液输出压力的大小。这种方法会造成能源浪费,而且必须增加冷却散热装置。因此,针对静态或准静态的试验机,设计一个伺服调速液压控制系统。首先,分析静态试验机的伺服调速液压控制系统的结构;其次,介绍控制系统的主要硬件设计,包括DKZQ-1010智能伺服控制器的控制电路和接口设计;最后,阐述伺服调速液压控制系统的软件设计。

一种非线性自适应液压系统控制器设计与研究

针对现有电液伺服系统的非线性、参数不确定导致轨迹跟踪精度低的问题,提出了一种非线性自适应输出反馈控制器。分析了液压系统的非线性模型,为控制器设计提供理论基础。非线性自适应输出反馈控制器包含自适应线性扩展状态观测器(Linear Extended State Observer, LESO)和非线性扰动观测器(Nonlinear Disturbance Observer, NDO),用来估计系统中不可策略状态以及惯性载荷动力学中的失配扰动。实验结果表明,所提出的非线性自适应输出反馈鲁棒控制器可有效解决PI控制器存在的谐振问题。

四通阀控非对称液压缸微分前馈伺服控制方法分析

非对称液压缸的左右两腔有效面积不同,导致其动态特性和控制策略相较于对称液压缸更为复杂,提出四通阀控非对称液压缸微分前馈伺服控制方法。建立四通阀控非对称液压缸的数学模型作为被控对象,设计一个微分前馈控制器应用于伺服系统,根据输入指令和反馈信号实时调整四通阀的开度,实现对非对称液压缸的控制。实验结果表明,设计方法下阀控非对称缸伺服系统跟随响应曲线的滞后时间为0.024 s,幅值衰减5%,在伺服系统控制要求的允许范围内。

毫米波人体安检仪伺服系统设计与控制

人体安检仪基于毫米波全息成像技术,采用高集成度毫米波收发阵列配合双面联动机械扫描的方式实现对被检查对象的全身快速扫描成像。在此基础上,开展了毫米波人体安检仪伺服系统设计和控制策略研究。该系统可接受软件分系统的命令、完成系统扫描所需运动机构的驱动和控制、提供扫描同步脉冲信号,实现系统配电、安全联锁、声光报警等功能。同时,基于Profinet工业以太网的现场总线通信协议,通过Profinet现场总线,实现了对伺服电机的PLC控制。

PLC对伺服电机的精准定位控制研究

采用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)与编码器、控制算法相结合的方式对伺服电机进行精准定位控制,研究控制技术和硬软件配置对定位精度的影响。通过优化编码器选型、算法设计及软硬件编程,可进一步提高定位精度和控制灵活性,满足不同应用需求。采用PLC可有效提高伺服电机的定位精度,提升自动化生产的加工精度和效率。综合响应特性、可编程性及适用范围等因素,PLC具有广阔的应用前景,将在智能制造中发挥重要作用。

井下高温电机伺服控制器的设计与实现

电机伺服控制器是井下各类伺服装备的重要组成部分,而井下的高温高压工况对于伺服控制电路的小型化、耐高温性能、高可靠性都提出了极高要求。针对我国石油领域电机伺服控制设备长期依赖进口的现状,设计了一款井下高温电机伺服控制器,配套某高温直流无刷电机组成的伺服机构使用,经测试可长期稳定工作在150℃环境下,具备耐高温、低温升、高可靠的特点,并在井下的电控流量阀设备上得到了成功应用。该产品的成功应用可为其他耐高温电机伺服控制器的的工程研制提供参考。

基于STM32单片机+X7043的四轴伺服控制器设计

随着智能制造业的不断发展,现有的运动控制系统难以满足工业生产需求。针对这一困境,提出一种“STM32单片机+X7043专用运动控制芯片”的伺服控制模式。通过STM32单片机对X7043运动控制芯片的D0~D7寄存器进行读写操作,运动控制芯片X7043根据寄存器参数设置状态输出伺服控制脉冲。只需要简单的参数配置,运动控制器输出的控制脉冲就可以送至各种类型的伺服电机,从而实现四轴伺服控制功能。该伺服控制器具有输出脉冲稳定、数据处理速度快、控制精度高、参数配置简单、适配性强等优点,可广泛地应用于工业生产、智能制造、机械加工等领域。