采摘机器人机械手避障方法研究——基于遗传优化和模糊PID控制器

为了提高采摘机器人机械手移动的自动化程度,使其在移动过程中有效避开障碍物,将基于PID控制器的避障系统引入到了机械手的设计上,并采用遗传算法和模糊算法对控制器进行了优化,提高了机械手移动的准确性和平稳性。模拟采摘机器人机械手的作业环境,对机械手的避障功能进行了测试,结果表明:机械手可以成功躲避障碍物,且采用遗传和模糊算法优化的机械手具有更高的移动平稳性,对于提高果实采摘效率和质量具有重要的作用。

永磁同步电机新型趋近律滑模控制器设计

针对传统指数趋近律因函数不连续性引起抖振、趋近速度与抖振抑制之间无法同时满足高性能控制系统要求的问题,提出基于系统状态变量的新型滑模趋近律,并应用于永磁同步电机速度、电流控制器中。趋近律引入系统状态变量幂次项和状态变量的双曲正弦值,使系统状态变量以等速和指数2种速率趋向切换面,可以加快系统到达切换面的速度,当系统接近切换面时,指数项接近于0,等速项开始起关键作用,对系统的抖振进行抑制。同时采用双曲正切开关函数替代符号函数,以去除因函数的不连续性所引起的抖振问题。既能提高系统到达滑模面的速度,又能有效抑制固有抖振,提升系统的动态性能。仿真和实验结果表明,新型趋近律相比于传统指数趋近律能够有效降低永磁同步电机启动时转速超调,提高系统的响应速度,抑制系统的抖振。

一种靶弹多功能控制器设计与实现

靶弹是模拟敌方来袭导弹技战术特性的实体空中靶标;针对退役导弹改装靶弹中面临的改装线路复杂、对动目标供靶精度不足等实际问题,对靶弹飞行控制规律和改装设计方法进行了研究探索,创新了靶弹制导控制方法,综合采用靶弹飞行控制回路状态转换、动目标供靶航路精确控制、靶弹功能扩展等关键技术,设计研制了集电气改装、接口转换、目标导引、安全控制等功能于一体的靶弹多功能控制器,实现了退役飞航导弹到多用途靶弹的通用化、标准化改装,探索了一种经济而有效的靶弹开发方法;试验结果表明,该多功能控制器具备简便可靠、工作量小、通用性好、弹道控制灵活等突出特点,较好地解决了靶弹改装难题,满足了防空武器系统试验训练的需要。

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。

基于一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制

同步磁阻电机在实现无速度传感器控制时出现交叉耦合效应,导致dq轴电感随着电流发生非线性变化,转速环使用传统PI控制器已无法满足系统较强的抗扰性能和较高的转子位置估计精度。为了改善此问题,该文提出一阶线性自抗扰控制器的同步磁阻电机无速度传感器控制策略,利用其机械运动状态方程,将同步磁阻电机的交叉耦合效应及负载扰动变化视为扰动。首先通过扩张状态观测器对负载扰动快速观测并进行前馈补偿,以此来提高系统抗扰性;其次利用静止实验法,得到dq轴磁链与电流的非线性函数模型,将该模型运用至磁链观测器中,以减小交叉耦合效应,提高转子位置估计精度;最后在1.5 kW的同步磁阻电机对拖加载实验平台上进行实验,验证了该控制方案的有效性。

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。

基于分布式潮流控制器的海上风电系统谐波治理方法和控制策略

由于电力电缆的电容效应,海上风电经电缆汇集系统极易出现谐波谐振放大的现象,造成电能质量的下降。分布式潮流控制器属于基于电压源换流器的装置,在进行潮流调节的同时也能进行谐波治理。文中首先构建了海上风电系统的频域相关模型,基于该模型分析了谐波谐振放大的原因;随后,采用了将分布式潮流控制器串入海上风电系统的谐波治理方式,推导并得到了含分布式潮流控制器的海上风电系统的谐波特性。基于该谐波特性,设计了一种控制策略。该策略通过控制分布式潮流控制器实时跟踪使并网点谐波电压幅值为零的谐波补偿电压,从而降低并网点的谐波电压含量。仿真结果表明,所提出的基于分布式潮流控制器的海上风电系统谐波治理方法和控制策略能够有效地降低并网点的谐波电压,改善电能质量。

基于激光传感器的农业机械控制器设计

针对当前农业机械控制器对农业机械器件控制能力较差,导致农业机械设备存在换挡异常与平衡性较差的问题,提出基于激光传感器的农业机械控制器设计研究。先选用拿度DPE-10-500激光测距传感器为控制器的数据测量设备,对中央控制模块展开优化。然后设定传感器测量距离与角度,使用圆拟合算法对测量数据进行修正。最后根据激光测量结果,以PID控制器为基础,构建自适应神经模糊控制器,对农业机械设备进行控制测试。测试结果表明:此控制器可按照预设要求完成机械设备的换挡,对机械臂为位置控制误差最大仅为0.58 cm,智能平衡开启状态时,其偏离最大角度仅为1.6°,偏离最大幅值仅为31 cm,极大提升了设备的调试位置精度及平衡性,进一步提升农业机械设备的应用效果。

轻小型高可靠回收控制器设计与实现

针对某商用返回式卫星回收系统轻小型、高可靠的约束要求,设计了一种新型回收控制器产品,该装置基于微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)过载传感器进行弹道过载测量,采用双核四进程“与或”逻辑实现冗余控制,基于容性释能半导体桥点火器起爆技术实现火工品管理。策划了针对返回过程的弹道过载触发验证试验,针对容性释能电容阵列放电特性,开展了容性释能系统不同初始电压、不同电容阵列容值以及不同回路阻值下的点火效能仿真分析。结果表明该回收控制器在轻小型约束下返回弹道过载感知精度达到±0.28 g,可实现开伞逻辑高可靠控制。半导体桥点火器容性释能电路优化参数为初始电压大于24 V、回路阻值小于0.3Ω、初始电容大于22μF,可实现点火器高可靠点火控制。该设计在不显著增加硬件基础上,大大降低产品质量,可为航空航天用同类电子系统设计提供参考。

基于几何约束优化的重复控制器及PMSM电流谐波抑制应用

重复控制器凭借其具有多个谐振峰而广泛应用于电流谐波抑制领域,然而在实际电机控制系统中,由于系统采样频率固定而电流谐波频率随电机转速而变化,会导致重复控制器中出现分数阶延时环节,而该环节在实际控制器中无法实现。对此,该文针对现有分数阶处理方法进行讨论,分析了插值逼近方法中插值系数对重复控制器整体频率特性的作用,据此提出基于几何约束优化的分数阶重复控制器,通过优化各插值系数,电机在全转速范围内都可以保证谐振频率和电流谐波频率相吻合,并且谐振峰值更符合电机谐波组成规律;还分析了滤波器所处反馈回路位置对频率特性的影响,作为组合滤波器设计依据;为保证系统稳定,对包含PI、重复控制器以及离散电机模型的电流控制系统进行稳定性分析,并作为控制参数选取依据。最后,通过台架实验验证了该文所提出的方法的谐波抑制性能是更优的。

融合主动减振的增程混动系统动力域控制器开发

针对增程混动系统的扭转振动问题,开发了一种基于多核单片机的动力域控制器,集成了整车控制、APU系统控制、发动机控制和电机控制的软硬件,在多核任务分配和核间协调的基础上,通过电机相位和发动机相位同步算法,利用矩形波进行扭矩补偿,实现了主动减振功能。试验结果表明:利用该控制器,恒转速倒拖工况发动机转速波动范围可以减少79.7%;倒拖起动工况和自由停机工况共振时,第一阶次频率分量的幅值降幅约42.9%。

基于PFC电路直流纹波抑制的二阶自适应滑模控制器设计

文中提出一种背靠背型中性点钳位式(back-to-back neutral point clamped,BT-NPC)功率因数校正(power factor correction,PFC)电路,并设计二阶自适应滑模控制方法用于提高电路鲁棒性与降低电流谐波含量。首先,分析所提三电平PFC电路工作特性,推导该电路的等效模型及其模态扰动,并分析模态扰动量对其工作特性的影响;然后,结合高阶滑模理论与自适应控制两者的优点,设计二阶自适应滑模控制器,既使电路具有变结构控制的良好鲁棒性,又能最大限度的减小控制震颤。同时,基于电流带宽分析,设计比例谐振控制器补偿交流电流与工频相位,并设计基于扩张状态观测器的直流电压采样滤波方法,用于消除二倍频纹波造成的电流谐波影响。最后,基于BT-NPC电路,搭建220 V/50 Hz、1 kW/400 V的实验样机,实验结果验证所提变换器的可行性和控制方法的有效性。

航空发动机电子控制器的高强辐射场干扰及防护

针对航空发动机电子控制器(EEC)易受高强辐射场(HIRF)干扰问题,以ZF-M600型EEC为研究对象,通过三维电磁仿真软件CST对EEC建模并进行平面波辐照仿真,模拟HIRF对EEC的干扰效应,仿真结果表明,HIRF可以通过孔缝耦合进入EEC内部并在腔体内部产生谐振,谐振频率处电场强度显著增加。依据RTCA DO-160G在400 MHz~4 GHz开展EEC辐射敏感度试验,试验结果表明:EEC失效频点为2.40 GHz和3.48 GHz,敏感模块为模拟量输入输出模块,敏感现象为模拟量数据丢失。EEC失效频点与谐振频率接近,说明EEC失效与腔体谐振有关,在EEC内部贴装吸波材料并进行仿真,分析吸波材料的放置方式和厚度对EEC谐振电磁干扰强度的影响,仿真结果表明,贴装吸波材料可以有效抑制谐振电磁干扰。

基于PLC控制器的医院网络通信故障自适应监控系统

传统的医院网络通信故障监控系统未对故障警报信息进行分类,通信故障点定位不准确。为此,提出基于PLC控制器的医院网络通信故障自适应监控系统。采用BP网络对医院网络通信故障警报信息分类处理,通过人工神经网络对医院网络通信故障数据进行训练,依据BP神经网络计算动量项、速率以及抽象处理等不同的数据训练结果,对故障点定位分析。构建以UPnP技术为核心设计系统网络构架,为系统提供有力的实时数据支持,实现大数据量的远程实时在线监测。结果表明,所设计系统监控故障监控时延较短,能够实现故障精准定位,能够快速发现故障并及时报警。

考虑控制器饱和约束的单杆柔性机械臂鲁棒H∞保性能控制方法

针对单杆柔性机械臂建模误差,控制器饱和及外界扰动的不确定性因素,提出了单杆柔性机械臂的鲁棒H∞保性能控制方法。现有单杆柔性机械臂控制方法多是忽略了其质量对系统性能的干扰,未考虑控制器输入饱和对电机寿命的影响。因此,文章将柔性机械臂的质量作为建模不确定性,然后基于李亚普诺夫函数推导出不确定线性系统鲁棒H∞保性能控制器存在的充分必要条件,将控制问题转换为一个线性矩阵不等式的优化问题。最终使二次性能指标上界或H∞变化范围最小。仿真结果表明,所设计的控制器对于柔性机械臂的振动有很好的抑制效果。

基于PLC控制器的纸页水分QCS管理系统设计

为实现针对纸页水分定量工艺的自动化管理,基于PLC控制技术提出了一项纸页水分QCS管理系统。通过PLC控制平台对纸页定量水分控制回路中的各项设备进行自动化控制,并采用TIA Portal V16组态工具建立可视化图形操作界面,进而形成一套完整的纸页水分自动化管理系统。为验证纸页水分QCS管理系统的可行性,对其进行仿真试验分析。经试验研究发现,该系统的水分定量超调时间在6%以下,调节时间在15s以下,数据处理性能良好,界面操作直观,具有一定的应用价值。

MPC灰色理论算法在同步预测控制器设计中的应用

随着人工智能算法和预测模型的发展与优化,对复杂交叉耦合的环境和对象,数学模型建立困难或测试手段精度不高的场景,难以保证有效的控制方案运行和算法应用。首先,在分析干扰模型和同步控制预测原理基础上,引入MPC(模型预测控制)灰色理论算法的经验值理论,灰色预测算法的原理是约束集均方值最优解。其次,将多变的输入参数整合成若干段的模型匹配的数学模型,其控制系统的时间轴能够以离散时序建立完整的时间模型。利于分析和解决无法用传统数字精确描述的复杂模型或系统问题,尤其是信息获取不完备或者失真的参数信息。最后,分析工业控制模型多为纯滞后的二阶惯性环节的时延控制对象,通过三组建模和仿真实验,得出基于MPC灰色理论算法设计同步预测控制器具有较好的优势,属于一种多值混合动态算法。在误差调节和波动抑制具有良好的同步效果。

一种基于电机旋变传感器的链式自动机定位控制器设计

需要对链式自动机闩体进行精确定位控制,以确保能够在射击结束时完成抽壳并能在确定的位置点进行供弹和弹种转换操作。提出了一种基于电机旋变的增量式位置控制器设计。通过射长、传动减速比计算绝对位置主令,通过圈数特征和旋变位置确定位置反馈,实现位置闭环控制。提出一种射长不定的特殊情况下,位置主令的计算方法。通过对位置控制环开环传递函数分析,实现高精度定位控制。研制了一套自动机驱动控制系统作为实验平台,试验结果表明,能够有效实现高精度闩体位置控制。

基于概率灵敏度的统一潮流控制器配置优化方法

提出一种电网运行费用对统一潮流控制器(UnifiedPowerFlow Controller,UPFC)的概率灵敏度指标,用于统一潮流控制器的安装位置的优化计算。推导了所述概率灵敏度指标的数学表达式,为求解该指标建立了考虑负荷随机性的含统一潮流控制器的随机最优潮流模型,其中,统一潮流控制器采用等效理想变压器模型,将变压器变比、移相角和对地可调电容3个变量作为统一潮流控制器的控制变量,有效避免了网络节点数量的增加;基于内点法和PEM(预测误差法)算法实现了含统一潮流控制器的随机最优潮流模型的求解,并实现了上述电网运行费用概率灵敏度指标的计算,根据概率灵敏度指标的大小,从概率角度选择统一潮流控制器的最优安装位置,最大程度减少了电网运行费用在较高费用区域的概率分布,并以5节点和14节点为例,对算法的有效性和可行性进行了验证。

基于LQR的自矫正路径跟踪控制器设计方法

针对农业机械自动驾驶提出了一种基于线性二次调节器(LQR)的自矫正路径跟踪控制器设计方法。该方法通过将车辆系统建模为多输入单输出(MISO)状态空间系统,使用LQR设计控制器,以实现对车辆在给定路径上的稳定跟踪和抗干扰能力。针对LQR控制器中存在的系统误差引入了基于反馈误差的自矫正机制,以实现快速准确的路径跟踪,同步降低农业机械自动驾驶中的轨迹误差值。在仿真与实验中进行了验证,并与传统LQR控制器进行比较。结果表明,该控制器设计方法可以有效实现自动驾驶农业机械在复杂路径上的精确跟踪和强鲁棒性性能,曲线路径跟踪平均最大横向误差小于等于0.0530m,平均最大绝对平均误差小于等于0.0331,平均标准差小于等于0.0273m。