平面机器人的视觉伺服H_∞跟踪误差补偿控制

对于具有固定摄像机形式的平面机器人视觉伺服,考虑摄像机的径向透镜失真对图像的影响,引入一个L2函数向量来描述这种影响,采用鲁棒控制技术,提出了H∞跟踪误差控制补偿器,使得跟踪误差收敛并取得H∞跟踪性能;结合机器人的动力学特性,利用李亚普诺夫稳定性的分析方法设计了机器人关节控制力矩,整个系统全局渐近稳定。仿真结果表明了该方法的有效性。

基于动态并行补偿的一类非线性动态系统的H_∞模糊跟踪控制

针对一类非线性动态系统,提出了一种H∞模糊跟踪控制器设计的新方案。首先利用T-S模糊模型表示一类非线性动态系统。然后基于DPDC(动态并行补偿)的基本思想设计控制器,使跟踪误差尽可能的小,并且对于任何有界参考输入,满足给定的H∞跟踪性能。最后将控制器的设计问题转化为LM IP(线性矩阵不等式问题)。仿真结果表明了本方法的有效性。

一种电流跟踪误差补偿的三相有源电力滤波器的无差拍控制方法

首先介绍三相有源电力滤波器(active power filter,APF)在abc轴系下的连续时间数学模型,并采用后向差分的方法得到在??轴系下的离散化数学模型。对于电流内环,采用无差拍控制(deadbeat control,DBC)方法实现谐波电流的跟踪。为了解决DBC的延时补偿问题,采用"两步预测"的方法预测给定电流。特别地,针对待补偿电流变化显著的时间区域提出一种电流跟踪误差补偿的方法消除网侧电流的"上凸"和"下凹"的现象。同时,采用电流校正算法抑制采样误差对电流产生的影响。最后,搭建三相APF的实验平台,验证所提出控制方法的有效性。

永磁直线同步电动机的变增益零相位H_∞鲁棒跟踪控制

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动伺服系统,提出了一种将变增益零相位误差跟踪控制(VGZPETC)和H∞鲁棒控制相结合的鲁棒跟踪控制策略,以解决系统的快速而精确的跟踪性能和抗扰性能之间的矛盾。变增益零相位误差跟踪控制器克服了建模误差、系统参数变化等的影响,保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而H∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性能。仿真结果表明,该方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时,对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性。

采用误差估计补偿的改进型零相位误差跟踪控制

针对伺服系统中零相位误差跟踪控制器(ZPETC)对系统建模误差和参数变化非常敏感的缺点,提出了一种改进型ZPETC设计方法.将信号估计器估计的跟踪误差和系统实时误差作为ZPETC的输入信号,控制器针对系统的跟踪误差进行实时补偿,从而减小零相位误差跟踪控制器受系统参数变化的影响,同时采用低通滤波器(LPF)来消除误差信号中的高频噪声.理论推导与仿真结果表明,该方案在保持伺服系统零相位滞后的同时,减小了系统的跟踪误差,提高了系统的跟踪精度.

基于法向同步误差补偿的机械臂多轴同步控制

针对机械臂各轴差异造成的空间轮廓误差问题,提出基于法向同步误差补偿的多轴同步控制策略。该方案分别在关节空间和笛卡尔空间中将跟踪误差正交分解为法向同步误差和切向延时误差,其中法向同步误差等价于轮廓误差,代表实际位置调整至期望轮廓的最短路径,是跟踪效果的主影响项。因此,通过设计法向同步误差补偿算法减小法向同步误差,并证明算法的稳定性。与传统方案相比,提出方案无累积误差,不受各轴给定量级差异影响,空间轮廓误差更小,更适合变曲率轨迹跟踪控制。最后设计仿真实验,试验结果表明该方案可改进各轴协同控制效果,并大幅提升多轴系统轨迹跟踪精度。

基于模糊滑模反步控制的自动装卸钻杆机械臂轨迹跟踪研究

针对现有矿井自动装卸钻杆机械臂运动轨迹跟踪方法精度低而导致施工效率低下的问题,综合应用模糊滑模控制与反步控制理论,提出模糊滑模反步控制钻杆机械臂轨迹跟踪法。采用扰动观测器对扰动信号进行估算,采用模糊理论描述滑模面与运动点的广义距离,以降低滑模控制中由速度瞬变所引起的抖振,并采用模糊滑模反步控制法对由系统扰动造成的误差进行补偿。针对钻杆机械臂的两个重要关节进行了运动仿真与试验测试。结果表明:两个关节的轨迹跟踪误差比模糊滑模控制分别减小了28.2%和22.6%。模糊滑模反步控制法有效降低了钻杆机械臂关节运动轨迹误差,极大提高了运动稳定性和响应能力。

基于H_∞控制理论的UPQC串并联单元协调控制的实现

统一电能质量控制器(UPQC)集电压型补偿装置、电流型补偿装置和储能装置于一体,统一实现多重电能质量调节功能。为了提高UPQC的综合控制性能,该文采用先进的H∞控制理论对UPQC的广义被控系统进行了深入研究,并给出了其H∞控制器的Riccati求解方法。剖析了UPQC的串联单元、并联单元之间耦合影响的根本原因,进而提出一种基于H∞控制的UPQC协调控制器的设计方法。实验结果表明所提方法可使UPQC同时实现串联单元的电压跟踪补偿和并联单元的电流跟踪补偿,并且均无稳态相位偏移和幅值衰减。从根本上消除了串联、并联单元之间的耦合影响,实现了UPQC的多重电能质量统一协调控制功能。

永磁直线同步电机的零相位H_∞鲁棒控制研究

针对永磁直线同步伺服电机(PMLSM)直接驱动伺服系统,提出了一种将零相位误差跟踪控制(ZPETC)和H∞鲁棒控制相结合的二自由度鲁棒跟踪控制策略.以解决系统的快速而精确的跟踪控制性能和抗扰性能之间的矛盾.零相位误差跟踪控制器保证了快速性,使系统实现准确跟踪;而H∞控制器克服了负载扰动等不确定性影响,保证了系统具有较强的鲁棒性能.仿真实验结果表明,该方案在保证伺服系统的快速精确跟踪性的同时,对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.

开关磁阻电机电流跟踪变增益鲁棒控制

针对开关磁阻电机(SRM)传统滞环控制电流跟踪效果差和转矩脉动大的问题,提出一种变增益鲁棒控制方法。基于SRM极端位置磁化曲线,建立考虑磁饱和效应的SRM非线性解析模型,实现了电机增量电感和反电动势的在线估计。为克服模型不确定造成的估计偏差,设计SRM电流鲁棒控制器,利用反馈增益对增量电感和反电动势的估计偏差进行在线补偿,提高电流跟踪控制精确度。基于Lyapunov直接法对SRM电流控制器进行分析设计,保证了控制系统的稳定性。在此基础上,采用线性转矩模型和误差补偿设计新型转矩-电流转换器,实现转矩到电流的精确映射,间接完成转矩平滑控制。实验结果表明,SRM变增益鲁棒控制器的电流跟踪均方根误差和转矩脉动系数均低于传统滞环控制,具有更好的电流跟踪性能和转矩脉动抑制能力,有效提高了SRM驱动性能。

太阳能跟踪支架建模及误差分析补偿研究

介绍太阳能跟踪支架的结构组成和控制方法。针对目前高倍聚光太阳能跟踪支架单用时控的方法跟踪精度不够的问题,提出用机器人运动的分析方法来分析支架运动的新思路。通过D-H方法建立运动学无安装误差模型及带安装误差模型,据此分析支架跟踪过程中误差产生的原因和安装误差对支架跟踪产生的影响。进行逆运动学求解并提出补偿方法,最后通过实例验证了该思路的正确性。

基于扩展跟踪误差的鲁棒模型预测控制

针对一类工业过程中系统存在着外界扰动及不确定性等问题,提出一种基于扩展跟踪误差的鲁棒模型预测控制(RMPC)方法。与传统状态空间模型不同,采用带有系统状态增量和输出跟踪误差的状态空间扩展模型,使系统在消除稳态误差的同时,可以分别调节系统状态的动态响应和输出跟踪误差。基于该模型下设计的系统控制律不但保证了系统的收敛性和跟踪性能,还为控制器的设计提供更多的自由度。在此基础上,通过差分方程构建李雅普诺夫(Lyapunov)函数,得出保证系统稳定的线性矩阵不等式(LMI)形式的充分条件。此外,考虑到未知有界干扰以及不确定性对系统性能的影响,将H无穷性能指标引入到稳定性条件推导中。最后,在线求解LMI来获得系统的控制律,并通过仿真验证本文提出方法的有效性和可行性。

速度/加速度误差补偿对光电跟踪系统精度影响分析

高速高精度跟踪控制系统,其速度和加速度误差环节的加入对系统的速度和加速度品质因数均有影响。通过Matlab对比加入速度和加速度误差补偿控制策略前后的系统跟踪误差,可得出速度和加速度误差补偿能提高光电跟踪系统跟踪精度。在跟踪以最大速度50°/s、最大加速度30°/s2的等效运动目标时,最大跟踪误差小于0.2mil。

基于摩擦补偿的柔性关节机器人分级滑模控制

针对柔性关节机器人中存在的非线性摩擦问题,提出一种基于摩擦补偿的柔性关节机器人分级滑模控制方法。首先,通过线性化参数的方法对柔性关节机器人受到的摩擦进行建模,并对模型中未知参数设计自适应律以实现摩擦的估计;然后,针对摩擦模型的误差,进一步设计观测器进行估计,结合摩擦的自适应和模型误差估计实现对摩擦的补偿;最后,利用电机侧和关节侧的位置误差和速度误差设计一级滑模面,再根据一级滑模面设计二级滑模面,从而得到分级滑模控制器,进一步实现柔性关节机器人的位置轨迹跟踪控制。通过Lyapunov函数证明了机器人关节轨迹跟踪误差的收敛性。仿真结果表明:该控制方法结合参数自适应和模型误差观测器可以有效地对摩擦进行补偿,在有限时间内实现柔性关节机器人的位置轨迹对期望位置轨迹的跟踪。

直接驱动XY平台轮廓误差分析及法向交叉耦合控制

在直线电机直接驱动XY平台中,负载扰动、机械延迟以及两轴驱动系统参数不匹配等因素影响轮廓加工精度。采用H∞速度反馈控制、零相位误差跟踪控制(ZPETC)与法向交叉耦合控制相结合的策略对两轴的运动进行协调控制以提高轮廓加工精度,实现跟踪误差与轮廓误差的同时减小。H∞控制在速度环通过反馈作用消除负载扰动因素的影响,使系统具有较好的鲁棒性。ZPETC基于零、极点对消和相位对消提高系统跟踪精度。法向交叉耦合控制作用于两轴之间,将轮廓误差作为直接被控量进行实时补偿控制,有效地提高了轮廓精度并简化了控制器设计。仿真结果表明,所设计的控制系统具有较好的跟踪性、鲁棒性和轮廓精度。

一类非线性不确定系统的鲁棒自适应模糊跟踪控制

针对一类单输入单输出非线性不确定系统 ,提出一种稳定的间接自适应模糊控制方法。该方法考虑了跟踪误差和逼近误差对参数自适应律的共同影响 ,并对模糊逼近误差和外扰采用 H∞ 补偿控制。

基于切向-轮廓控制与位置补偿的凸轮轮廓控制

为解决凸轮磨削系统的轮廓控制问题,在分析轮廓误差的基础上,提出了一种位置跟踪补偿算法与切向-轮廓控制相结合的控制策略。在两运动轴间引入切向-轮廓控制,将轮廓误差坐标变换于切向-轮廓坐标系中。对此变换后得到的两个误差分量,单独设计其对应的控制器。为弥补切向-轮廓控制带来的不足,在位置环外增加补偿器,通过额外补偿跟踪误差,以保证系统性能,同时提高了系统各轴对输入信号的跟踪能力。所提控制策略在Simulink仿真平台上的实验结果表明,该策略减小了系统的跟踪误差和轮廓误差,具有良好的跟踪性能与轮廓性能。

光电跟踪系统的共轴跟踪控制技术研究

为了提高光电跟踪系统的跟踪精度,对其粗跟踪环节的共轴跟踪控制技术进行了研究。介绍了共轴跟踪控制的基本原理,分析了常用非线性卡尔曼滤波算法,并仿真比较了无迹卡尔曼滤波(UKF)和容积卡尔曼滤波(CKF)的位置和速度的预测精度。在此基础上综合UKF和CKF的优点,设计了对延迟的合成位置信号进行处理的双并联滤波器,实现了光电跟踪系统的共轴跟踪控制。利用实测数据仿真实验表明,光电跟踪系统的跟踪精度明显提高。

数控进给伺服系统摩擦补偿控制仿真

针对伺服系统传动机构中摩擦对系统控制精度的影响问题,提出了一种遗传算法与模糊控制复合方法.建立了Stribeck+静摩擦力模型,设计了一种基于遗传算法的模糊补偿控制器,并将模糊补偿控制器应用于伺服系统中进行仿真.仿真结果表明,此方法不仅可有效抑制摩擦力对数控进给伺服系统的非线性作用及系统的低速爬行现象,而且可提高进给伺服系统的动态性能.采用不同的初始控制规则进行分析后发现,设置的初始值对遗传算法的收敛速度和系统的摩擦补偿均具有良好效果.

零相差跟踪控制器增益特性处理技术

零相差跟踪控制系统增益误差随频率升高而增大,同时零相差跟踪控制器对高频噪声有放大作用.为了解决以上问题,本文研究了一种对零相差跟踪控制器增益特性的处理方法.采用了求解优化问题的思想,通过对优化目标函数及约束条件的设置,使设计得到的补偿器具有低频段增益误差补偿,高频段增益衰减的性能.文中详细介绍了补偿器的设计过程,理论推导了参数计算公式.比较仿真结果表明,所设计的补偿器有效地提高了轨迹跟踪精度,减小了控制器输出噪声含量,有利于提高运动平稳性,对工程实践具有参考价值.