压电陶瓷定位平台的复合控制系统研究

针对因压电陶瓷固有的迟滞特性降低了压电陶瓷平台定位精度问题,该文提出一种基于前馈补偿的复合控制系统。首先建立前馈模型,提出并应用一种分段式的Prandtl-Ishlinskii模型,增加拟合精度,同时避免了复杂的求解过程,并求出迟滞逆模型,其建模误差率可达0.69%;其次,对反馈回路设计了串联比例-积分(PI)数字电路、正弦激励电路及电容转换电路,进一步提高了压电陶瓷定位平台的控制精度。根据国标GB/T 38614—2020的测试标准进行实验测试,结果表明,在设计的复合控制系统控制下,压电陶瓷定位平台正、反向重复定位精度分别为0.0131μm和0.0155μm,准确度为0.0335μm,在计算出反向差值后得出迟滞误差为0.013%。与仅有前馈控制相比,其控制精度提高了79.57%。

轴向双压电叠堆执行器并联控制实验研究

双压电叠堆执行器相较于常规压电叠堆执行器具有位移放大功能,但受制于压电材料的迟滞非线性,位移精度难以满足需求。为减小双压电叠堆执行器的迟滞非线性,建立改进型PI(Prandtl-Ishlinskii)动态迟滞模型并进行参数辨识,提出一种双压电叠堆执行器输出位移分配策略与双压电叠堆并联控制方案,基于迟滞逆模型采用前馈-反馈复合控制进行实验研究,并采用不基于迟滞逆模型的线性自抗扰控制(LADRC)进行对比。基于Links-RT实时控制系统验证控制算法,实验结果表明:在1~200 Hz频率范围内,前馈-反馈复合控制效果最优,当跟踪信号频率为200 Hz时,均方根误差和最大绝对误差分别为0.4544μm和1.95μm,远低于开环的4.3696μm和6.08μm。

一种抑制共振模态影响的伺服系统控制器设计新方法

伺服控制系统的控制性能会受到机械共振的影响,导致实际应用时控制器参数需要进行额外的调整。为了提高PID参数设计的准确性,减小共振模态对控制系统的影响,在设计伺服系统位置环控制器前,建立共振模态的数学模型,并将共振模态看成伺服系统位置环被控对象的一部分。然后,根据已包含了共振模态的被控对象的数学模型来设计伺服系统的二自由度控制器,其中前馈控制器通过不变性原理设计,反馈控制器通过提出的五阶极点配置的方法进行设计。结果表明:提出的伺服系统设计新方法能够有效提高控制系统的性能,减小机械共振的影响。因此,对于已知共振模态的伺服控制系统,该设计方法得到的控制器参数更加适用,能有效减小实际调试的难度。

前馈-改进型PID复合控制策略的研究

针对PID反馈控制快速性和稳定性二者之间的矛盾,在分析各种改进型PID控制方法和前馈控制性能的基础上,提出一种适用于工业过程控制场合的带前馈改进型数字式PID位置复合控制方法。通过仿真实验对比表明:采用该前馈-改进型PID复合控制方法可显著提高控制系统的稳定性、快速性和准确性。在PMAC运动控制卡上的应用也说明该控制方法可满足基本的稳、快、准控制要求。

压电微动平台的定位控制

为使压电微动平台定位速度快、定位精度高,采用复合控制方法来对其进行定位控制。基于保证模型精度并使精度在整个阈值区间变化尽量均匀的要求,来使阈值最优化,进而建立了压电微动平台的迟滞模型。基于所建平台迟滞模型,设计了其前馈控制器;为抑制平台的超调,在常规数字增量式PID中引入滤波器设计了其反馈控制器;将前馈控制与PID反馈控制相结合,设计了平台的复合控制器。实验结果表明:所建平台迟滞模型仅有7个算子,且均为有效算子,在16.3μm的最大实测位移下,模型最大误差为0.208μm;在复合控制作用下,平台达到5μm目标值的响应时间为0.173 s,虽慢于前馈控制,但明显快于PID反馈控制;在最大位移为17.155μm的参考输入作用下,若不考虑传感器噪声,平台的定位误差几乎为零。

基于复合控制的电液负载模拟器多余力抑制研究

针对电液负载模拟系统存在多余力且该多余力严重影响系统加载精度与控制性能的问题,建立了系统各部分以及整个系统的数学模型.通过对数学模型的研究,分析了系统多余力的产生机理,并建立了系统多余力的传递函数.提出了前馈PID复合控制的方法,并对该方法进行了仿真分析和实验研究.在仿真分析中,通过对多余力消扰前、引入前馈控制消扰后及引入复合控制消扰后3种情况的比较,说明前馈PID复合控制能够有效抑制系统多余力.实验结果进一步验证了前馈PID复合控制的有效性,同时实验结果显示在运动换向时系统多余力将出现突变,为下一步的研究指明了方向.

压电微动工作台的位移复合控制

为解决稳态精度和稳定性之间的矛盾,提高压电陶瓷执行器的控制性能,进而提高其驱动的微动工作台的定位精度,构造了一种前馈补偿同反馈调节相结合的复合控制算法。其中,前馈补偿为基于压电陶瓷执行器迟滞非线性模型的前馈控制,通过自学习算法来实现,用来补偿压电陶瓷执行器的迟滞非线性,提高对参考位移信号的跟踪能力;反馈调节为PID反馈控制,用来进一步校正前馈补偿没有消除的偏差以及由模型的不确定性所引起的误差,且为了减小积分饱和作用以及微分对扰动的敏感性,对PID算法进行了改进,使之成为一种变系数积分与加权微分的PID算法。试验验证了该算法的有效性,并将该算法同其他控制算法——开环控制、前馈控制、PID 反馈控制进行了对比试验研究,结果表明,复合控制算法比其他控制算法具有更好的性能。

液压容积调速系统静态前馈补偿仿真研究

虽然容积调速方法是一项传统内容,但在大力提倡节能环保的今天,由于它的节能特质,应该重新得到重视。基于泵变量调节或马达变量调节的液压容积调速系统,如果采用基于给定值的静态前馈补偿,可以很方便地确定前馈补偿控制律,进而实现静态前馈-反馈复合控制,针对不同的使用场合和控制要求,可以调整前馈和反馈控制器的权重,以获得最佳效果。采用这种控制方法,对于融合了变量泵调速和变量马达调速的宽范围液压容积调速系统,进行AMESim建模和仿真分析。结果表明,这一方法比常规PID方法具有更好的阶跃响应性能和正弦曲线跟踪性能。

压电微夹钳的位移自感知反馈复合控制

采用自感知方法获取压电微夹钳钳指位移,构成自感知反馈复合控制系统。根据反映钳指位移、表面电荷、夹持力、驱动电压之间关系的压电悬臂梁Smits方程,提出了基于电流积分的钳指位移自感知方法;引入死区算子对传统PI模型进行改进,建立了压电微夹钳钳指位移的迟滞模型;以对偏差的抛物线积分、对输出的先行微分分别代替常规PID控制器中的积分项和微分项,设计出了压电微夹钳的改进PID反馈控制器;将前馈控制器与PID反馈控制器相结合,并采用自感知反馈方式,设计出了压电微夹钳的闭环控制系统。实验结果表明：在自感知反馈复合控制作用下,压电微夹钳对5μm阶跃参考位移的响应时间为0.24 s,若不考虑噪声影响,稳态误差几乎为零;在最大位移为14.7μm的变幅值三角波参考位移以及最大位移为14.1μm的任意波形参考位移作用下,压电微夹钳的自感知反馈复合控制亦可取得良好的控制效果,其稳态误差中线在-0.02-0.04μm之间变化。自感知反馈控制的实验结果与传感器反馈控制基本相同,从而表明压电微夹钳的自感知反馈控制是有效的。

基于前馈模糊自抗扰的燃气热水器温度控制

燃气热水器系统是一个复杂的控制系统,具有大时滞、惯性大、抗干扰能力弱的特点,其控制性能的好坏直接影响用户的使用体验和对产品的评价。针对现有燃气热水器在温度控制中存在的大时滞和惯性大现象造成的温度控制效果不佳等问题,提出一种由前馈控制、模糊控制和自抗扰控制相结合的前馈模糊自抗扰复合控制算法;对其开机恒温性能进行仿真分析,并对热水器开机恒温、调温恒温、水流量波动恒温以及切阀恒温性能进行试验研究。结果表明:基于前馈Fuzzy-LADRC控制算法的燃气热水器相较于原机开机恒温调节时间减少了38.3%,调温恒温调节时间减少了33.7%,水流量波动恒温调节改善了45.7%,切阀恒温调节时间减少了55.3%;新控制算法调节时间短,抗干扰能力强,大大提高了燃气热水器的恒温性能。

全自动化学发光免疫分析仪取样平台运动控制器设计

本文设计了全自动化学发光免疫分析仪取样平台的运动控制器。单轴控制器采用速度内环、位置外环的双闭环结构。其中位置控制环采用模糊控制,并进行前馈补偿,构成复合控制。同时考虑两轴联动的动态配合,设计了变增益交叉耦合控制器,补偿轮廓误差。实验结果表明,采用此控制策略不仅有效的提高了系统的单轴跟踪性能,而且轮廓误差明显降低。

基于混合优化的前馈—反馈复合控制器最优设计

为了解决传统PID控制器在电动舵机系统设计中难以满足控制要求的问题,首先设计了一种规范化前馈—反馈控制系统,然后利用混沌优化算法和共轭梯度方法相结合的混合优化算法对前馈—反馈控制器参数进行了优化。仿真结果表明:基于混合优化算法的前馈—反馈控制器具有很好的动态和静态性能,增强了系统的稳定性和鲁棒性,降低了学习参数选择的盲目性和对经验的高度依赖性。

Compound Control for Hydraulic Flight Motion Simulator

The design of a compound control is presented for the servo system of hydraulic flight motion simulator, which suffers from highly nonlinear dynamics, large parameter time-variation and severe load coupling among channels. The compound control is composed of a robust feedback controller and a feedforward compensator. The design aim is to achieve high tracking perform- ance even in the presence of considerable uncertainty, external disturbance and load coupling among channels. Toward this aim the feedback controller for rejecting perturbation and disturbance is designed by usingμ synthesis optimization technique and the feedforward compensator for compensating time lag of dynamic system is established based on the basic idea of zero phase error tracking. To validate the proposed control strategy, simulations and experiments are implemented, and show that the result- ing system is highly robust against model perturbation and possesses excellent capability of suppressing the load coupling and improving the tracking performance.

直线电机速度和加速度的复合前馈控制

针对直线电机伺服控制,提出将带自适应前馈系数调节的速度+加速度复合前馈控制引入直线电机PID的控制中,与单纯的加速度前馈、速度前馈及反馈控制相比,能显著减小系统的超调量和调整时间,同时具有很快的响应速度和良好的动静态特性,使直线电机更好地应用于对速度和精度要求严格的系统。并进行MATLAB仿真和实验。

表贴式永磁同步电机转速环复合PI无位置传感器控制

针对传统永磁同步电机转速环PI控制下转速跟踪性能差的问题,设计一种复合PI无位置传感器应用于表贴式永磁同步电机转速环控制系统。在传统PI控制的基础上,转速环采用积分钳位型抗积分饱和方法,增加给定输入微分前馈环节和控制增益环节,增强转速环系统跟踪响应性能。分析无阻尼自然频率和阻尼比两者参数选取对系统转矩扰动和角速度测量噪声抑制能力的影响,证明系统抗转矩扰动性能与抑制噪声性能之间存在矛盾。针对该问题,设计以电机转子角速度为状态变量的新型滑模观测器对角速度进行观测,将其直接引入至转速闭环系统反馈,避免角速度反馈噪声对转速跟踪性能造成影响。实验结果验证了该理论分析的正确性与控制策略的可行性。

基于复合控制的光电搜索跟踪转台控制系统设计与实现

高精度的控制系统是保证光电搜索跟踪系统实现目标稳定跟踪的关键因素之一。为提高光电搜索跟踪转台的响应速度及控制精度,在介绍系统总体功能的基础上,对控制系统进行建模,并设计了基于位置前馈与专家PID算法的复合控制策略,实际应用表明,该系统能对目标实现高精度的稳定跟踪,鲁棒性好,达到了预期的设计要求。

大流量航空发动机高空模拟进气压力智能与复合控制技术

在航空发动机高空模拟过渡态考核试验中,要同时实现进气压力的稳定和快速控制非常困难。针对系统实际工况及被控对象的特点,本项目成功开展了进气压力智能与复合控制技术专项研究,并进行了关键技术总结。实际结果表明,采用该技术后,进气压力控制系统能实现高精度和快速度的高效统一。

高精度液压仿真转台鲁棒控制

针对液压仿真转台具有时变不确定性、复杂外干扰等特点和高精度控制性能要求,提出了一种鲁棒复合控制结构,该结构由鲁棒内回路补偿器、外回路反馈控制器和输入信号前馈补偿器三部分组成。其中,鲁棒内回路补偿器用来抑制外干扰和时变不确定性的影响,外回路反馈控制器的作用是保证闭环系统的整体性能,输入信号前馈补偿器实现对系统动态时滞的补偿,以保证对参考信号的精确跟踪。以某型液压仿真转台内环为例,首先根据所提出控制策略的基本思想,给出了控制系统的具体设计过程,然后,进行了阶跃响应、低速跟踪和正弦响应试验。试验结果表明,所提出的鲁棒控制策略是有效的和可行的。

直驱式电液伺服系统速度与位置复合控制系统仿真

为减小直驱式电液伺服系统运行过程中的液压冲击,提高系统运行的平稳性和位置精度,采用速度前馈和位置反馈的复合控制策略。该文介绍了直驱式电液伺服系统的组成,复合控制的原理;导出包含负载信息的速度前馈量计算模型;设计速度与位置信号发生器,实现速度前馈控制与位置反馈控制的无扰切换;搭建系统Simulink与AMESim联合仿真模型。仿真结果表明,在不同期望速度、不同的负载下,系统可以很好的跟踪速度和位置给定信号,具有良好的控制性能。

基于PD控制器和牛顿预测器的等效前馈复合控制技术

伺服系统是无线电遥测设备的重要组成部分,随着遥测技术的不断发展,对伺服系统的稳态精度和响应速度有了更高的要求,文章主要针对提高遥测设备伺服系统跟踪控制精度和降低系统动态滞后误差的方法进行研究;文章在遥测设备伺服系统传统的位置环、速度环和电流环三闭环控制的基础上,通过PD控制器估计目标角速度,利用牛顿预测器对估计的角速度进行一步超前预测,将超前预测的估计角速度馈入速度环路,实现基于目标角速度预测的等效前馈复合控制;在遥测设备伺服系统中进行了测试验证,文章提出的方案正弦测试结果跟踪误差比传统三闭环方案减少,阶跃跟踪测试调节时间减少;实验结果表明,采用PD控制器和牛顿预测器控制技术的伺服系统能够快速实现对目标的稳定跟踪。