Dynamic Feedforward Control of a Novel 3-PSP 3-DOF Parallel Manipulator

Parallel manipulators with less than six degrees of freedom （DOF） have been increasingly used in high-speed hybrid machine tools. The structural features of parallel manipulators are dynamic, a characteristic that is particularly significant when these manipulators are used in high-speed machine tools. However, normal kinematic control method cannot satisfy the requirements of the control system. Many researchers use model-based dynamic control methods, such as the dynamic feedforward control method. However, these methods are rarely used in hybrid machine tools because of the complex dynamic model of the parallel manipulator. In order to study the dynamic control method of parallel manipulators, the dynamic feedforward control method is used in the dynamic control system of a 3-PSP （prismatic-spherical-prismatic） 3-DOF spatial parallel manipulator used as a spindle head in a high-speed hybrid machine tool. Using kinematic analysis as basis and the Newton-Euler method, we derive the dynamic model of the parallel manipulator. Furthermore, a model-based dynamic feedforward control system consisting of both kinematic control and dynamic control subsystems is established. The dynamic control subsystem consists of two modules. One is used to eliminate the influence of the dynamic characteristics of high-speed movement, and the other is used to eliminate the dynamic disturbances in the milling process. Finally, the simulation model of the dynamic feedforward control system of the 3-PSP parallel manipulator is constructed in Matlab/Simulink. The simulations of the control system eliminating the influence of the dynamic characteristics and dynamic disturbances are conducted. A comparative study between the simulations and the normal kinematic control method is also presented.The simulations prove that the dynamic feedforward control method effectively eliminates the influence of the dynamic disturbances and dynamic characteristics of the parallel manipulator on high-speed machine tools, and significantly improves the trajectory accuracy. This is the first attempt to introduce the dynamic feedfordward control method into the 3-PSP spatial parallel manipulator whose dynamic model is complex and provides a study basis for the real-time dynamic control of the high-speed hybrid machine tools.

基于DEM的无人驾驶拖拉机前馈稳速控制

针对农田坡度变化影响无人驾驶农机行驶速度稳定性,进而降低播种均匀性和肥药施用精度等问题,该研究设计了一种基于农田数字高程模型(digital elevation model,DEM)和前馈控制策略的拖拉机稳速控制方法。首先建立坡地干扰补偿模型,基于拖拉机实时位置从农田DEM中提取前方作业路径的坡度信息,计算拖拉机前方目标速度补偿量,实现拖拉机行驶的稳速控制。以DF1204无级变速拖拉机为试验平台,在中国农业大学烟台研究院开展3组不同目标速度的上坡、平地和下坡行驶对比试验。试验结果表明,拖拉机以目标速度4、6和8 km/h行驶时,上坡行驶的实测速度均值分别为4.03、5.94和7.85 km/h,平地行驶的实测速度均值分别为4.04、6.02和8.03 km/h,下坡行驶的实测速度均值分别为4.00、6.10和8.19 km/h,与对照组相比,在上坡、平地和下坡行驶时的速度均方根误差平均分别降低了46.63%、21.92%和37.15%,试验组上坡和下坡行驶的实测速度均值更接近目标速度。所提方法可有效提高无人驾驶拖拉机在起伏农田的稳速控制精度,有助于提高农机作业质量。

连铸结晶器振动液压伺服系统建模与控制

为了提高结晶器液压振动系统的控制精度和稳定性,解决相位延迟和振幅减小等问题,采用机理建模方法建立了结晶器振动液压伺服系统数学模型,提出了带负载力补偿的自适应PI控制与速度前馈控制相结合的控制方法,并搭建了系统的非线性仿真模型.结果表明:所建数学模型正确,输入信号的位移跟踪误差控制在3%以内.结晶器振动的合理控制可有效提高铸坯表面质量,减少振痕的产生,同时还能改善保护渣消耗对铸坯润滑的影响.

新能源专用车辆的速度监控策略研究

随着环保需求的增加和新能源技术的发展,新能源专用车辆在我国得到了广泛应用。但是,新能源专用车辆的速度控制策略仍存在研究空白。本文选取新能源专用车辆为研究对象,研究其速度监控策略,首先,根据车辆的动力学模型和驾驶行为模型建立了车速预测模型;然后,设计了一种新的速度控制策略,该策略采用了混合反馈-前馈控制结构,并结合模型预测控制和滑模控制等多种控制方法;最后,在各种典型的驾驶工况下进行了仿真验证。研究结果表明,新的速度控制策略可以有效地改善车辆的速度跟踪性能和能源利用效率,同时还能保证驾驶者的舒适性。该研究为新能源专用车辆的研发和应用,特别是其控制策略的选择和优化提供了重要的参考。

基于模糊PID的变幅液压缸伺服位置自适应同步控制技术

液压系统中存在许多非线性因素,例如摩擦、死区和溢流等。这些非线性特性会影响伺服位置的精度和同步性能,导致控制系统的不稳定和误差积累。为此,提出基于模糊PID的变幅液压缸伺服位置自适应同步控制技术。考虑变幅液压缸伺服系统的运行结构,分析变幅液压缸动力,构建液压缸以及伺服阀的数学模型;利用伺服输出流量和压降的关系,获取速度前馈控制信号;将其反馈到系统中,设计模糊自适应PID同步控制器,实现变幅液压缸伺服位置同步控制。实验结果表明,所提方法对液压缸的同步效果很好,有效减少了液压缸伺服位置控制的误差,在不同信号干扰下,有效提高其控制稳定性和同步性能,控制器超调量平均约为0.059%,响应速度较快。

泵控液压系统中马达转速稳定控制及仿真分析

泵控液压马达系统中,由于外负载突变会导致发动机转速变化,进而引起变量泵转速改变,最终造成液压马达转速波动量过大及调整时间过长。针对变量泵-定量马达闭式液压系统,构建数学模型,得到传递函数框图,分析负载变化导致马达转速波动的原因。提出一种前馈补偿控制方法,通过实时改变变量泵的斜盘摆角来补偿变量泵转速扰动而引起的流量变化。推导补偿函数,并分别对阶跃100%负载、阶跃20%负载工况及斜坡100%负载、斜坡20%负载工况进行仿真。结果表明:增加前馈补偿控制后,马达转速波动量最大减少了3.87%,调整时间最多缩短了1.77 s。

变速恒频无刷双馈发电机集成耦合参数辨识

由于无刷双馈电机模型的复杂性,其绕组参数难以识别,该文基于无刷双馈电机结构特点,提出一种集成耦合参数的辨识方法。该方法基于控制模型推导绕组间电压、电流的关系,测量稳态时无刷双馈电机的电气量,计算获得控制绕组侧集成耦合参数。该方法绕开了对电机绕组参数直接辨识困难的问题,能直接用于控制器设计。最后在30 kW无刷双馈电机实验平台上进行实验验证,实验结果表明所提方法具备可行性和有效性。

基于返步法的永磁同步电机转速控制

为完成伺服电机平稳而准确的转速控制,在深入分析永磁同步电机d、q坐标系数学模型基础上,基于模型和反步法理论设计一种电流环、转速环矢量控制律,该控制律首先根据目标的转速要求设置一个虚拟的q轴输入来控制速度环,其次通过q轴电压输入控制电流环跟踪虚拟q轴输入,同时设定d轴电压输入完成i d=0控制,该算法在电流环控制设计时通过引入抗扰动补偿项及积分项,彻底消除模型未知扰动带来的影响,因此较以往的经典PI控制方法提高了系统的整体性能,通过仿真验证了该控制律的有效性。

船舶高速液压舵机系统设计与仿真

进行船舶高速液压舵机系统设计,介绍系统基本结构与原理,重点对高速舵机进行设计要素分析及系统仿真,采用前馈控制策略,并对系统的动态响应及频率特性等进行分析。结果表明:该设计满足性能指标要求。

基于微分前馈的高速冲压液压机电机伺服控制研究

高速冲压液压机的电机转速控制能力较差,导致液压机无法在短时间内实现稳态运行,造成高速冲压液压机运行稳定性较差的问题,为此,提出基于微分前馈的高速冲压液压机电机伺服控制方法。使用传递函数,构建高速冲压液压机电机数学模型。将数字模型导入MATLAB软件中,使用MT法提取高速冲压液压机电机运行速度参数。使用微分前馈技术,构建电机伺服控制器,实现对高速冲压液压机的控制。构建实验环节,对此方法的应用效果进行分析。实验结果表明,所提方法可在多种环境下实现对高速冲压液压机电机转速的控制,并在最短时间内达到高速冲压液压机稳态运行。

基于前馈反馈复合控制的盾构土压平衡控制

为使盾构土压平衡控制系统既有较高的土压力控制精度又能及时消除推进速度波动对土压力产生的干扰,在现有土压平衡控制系统基础上,提出基于推进速度前馈密封舱压力反馈的土压平衡控制系统。建立密封舱土压力数学模型,根据模型描述的推进速度、螺旋输送机转速和密封舱土压力之间的关系,通过推进速度前馈环节得到螺旋输送机转速相应的改变量,在推进速度波动对密封舱压力造成干扰之前进行补偿。同时,系统中的土压力反馈环节可以进一步消除其他干扰因素造成的土压力控制误差,提高系统稳态精度。利用在盾构实验台上采集的实验数据进行对比分析计算,验证土压力产生机理模型的有效性。结果表明,在前馈-反馈土压平衡控制系统中推进速度改变后螺旋输送机马达转速的响应时间约为0.5 s,而在反馈系统中约为2.5 s,前馈反馈系统土压力控制最大相对误差为1.54%,而反馈系统为6.52%,因此证明当推进速度波动时,采用前馈反馈控制的土压平衡控制系统具有更好的性能。

基于负荷前馈的增压柴油机转速控制算法研究

为提高履带车辆发动机转速的抗负荷扰动性,并改善整车行驶过程的转速控制效果,在基于转矩控制架构下设计了前馈-反馈全程调速控制算法。该算法基于平均值模型和曲轴动力学模型设计发动机负荷估计算法,利用某6缸直列泵柴油机进行台架试验研究其在稳态动态工况的估计精度。进行了动力传动系统仿真研究,研究结果表明:该算法能够显著提高转速控制的抗负荷扰动能力;在整车加速过程中保持了较快的转速调节时间,避免了控制参数的重复标定;踏板-转速跟随特性的提高能够减少履带车辆意外换挡的出现。

基于前馈控制的交流伺服系统高速定位控制

在要求高速、快响应的交流伺服定位系统中,采用普通PID控制很难实现高速定位。在位置环、速度环和电流环的三闭环PID伺服控制系统的基础上,引入电流环和速度环的前馈控制来提高定位控制的性能。通过仿真验证了前馈控制在指令信号跟踪方面的良好效果,然后设计出试验系统,进行了与普通PID伺服控制系统的对比试验。结果表明,引入前馈控制的PID伺服控制系统可以实现交流伺服系统的高速定位控制。

电液位置速度复合伺服系统控制策略

在电液伺服控制系统的许多实际应用场合,如塑料注塑机、压力机等成型机械,不仅要求较高的位置控制精度,还要求能够控制执行器运动过程的速度,以减小冲击,提高产品质量和生产效率。针对电液伺服系统速度/位置复合控制的要求,考虑力负载对位置控制精度的影响,提出带负载力补偿的速度前馈和位置反馈复合控制策略。导出速度前馈控制量计算模型,该模型能够反映实际负载大小和给定速度的要求;设计位移和速度给定信号发生器,实现了速度前馈控制和位置反馈控制的无扰切换;采用试验和数据拟合的方法,得出负载力补偿量计算公式。仿真和试验研究表明,采用所提出的控制策略,实现了速度和位置的同时控制,在不同负载下,对于不同的期望速度,不需要调节控制器参数,无论正向还是反向运行,都可以获得较好的控制性能。

直拉式可逆冷轧实验轧机张力控制技术

直拉式可逆冷轧实验轧机的张力控制仅使用张力反馈进行闭环控制无法兼顾速度匹配和张力稳定的要求.研究发现采用速度前馈加张力反馈的组合控制技术,可以很好地解决这一问题.前馈控制器是根据轧制速度设定值计算伺服阀流量设定值,进而计算出伺服阀开口度.反馈控制采用一个PI控制器,根据张力偏差,计算伺服阀开口度.将前馈和反馈控制量叠加后作为张力液压缸伺服阀开口度的总设定值.该技术在某450mm直拉式冷轧实验轧机的张力控制中取得了很好的效果.

船用核汽轮机转速串级前馈-反馈模糊PID控制

以船用核汽轮机为研究对象,建立了船用核汽轮机各模块的数学模型,在此基础上设计了核汽轮机转速的串级前馈-反馈PID控制系统,基于模糊控制原理,采用串级前馈-反馈模糊PID控制对串级前馈-反馈PID算法进行改进。对三种控制系统进行了仿真实验,较好地模拟了船用核汽轮机升速过程;进而对控制系统分别添加四种扰动以证明控制算法的有效性,仿真结果表明模糊算法在改进前馈-反馈PID控制效果方面起了显著地作用,体现了智能算法与传统算法相结合的控制思想在船用核汽轮机转速控制方面的应用前景。

基于前馈控制的交流伺服系统高速定位控制

在要求高速、快响应的交流伺服定位系统中,采用传统PID控制很难实现高速定位。为解决此问题,在设计出包括位置环、速度环和电流环的三闭环PID伺服控制系统的基础上,引入电流环和速度环的前馈控制来提高定位控制的性能。通过仿真验证了前馈控制在指令信号跟踪方面的良好效果,然后设计出实验系统,进行了与普通PID伺服控制系统的对比实验。结果表明,引入前馈控制的PID伺服控制系统可以实现交流伺服系统的高速定位控制。

VSC-HVDC互联系统的改进前馈控制策略

为了提高柔性直流(VSC-HVDC)输电系统中系统的动态响应速度及与目标值具有更好的跟随性能,在传统直接电流控制中采用双闭环解耦控制策略基础上,针对系统中定有功功率和定直流电压控制方式,分别提出了对应的改进前馈控制策略。整流侧的定有功控制中,在其电压外环基础上增加一个预测信号输入到电流内环,以加快系统的响应速度,补偿了反馈信号的滞后性;逆变侧的定直流电压控制中,为了增加直流电压对外界的抗干扰性,把系统电压和直流电流的信号引入到该前馈控制中。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了一个2端的柔性直流输电系统模型,对系统处于不同运行状态下进行了仿真分析,结果表明,改进的前馈控制策略和目标值有较好的契合度,鲁棒性好,对外界的干扰具有一定的刚性。

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。

双馈式风电场改进的恒电压控制策略

双馈式风电场采用恒电压控制能够为电网提供电压支持,但风速的随机波动使输电线路潮流频繁变化,给控制系统的稳定性带来了挑战,因此本文对恒电压控制进行改进:通过引入等值风速作为前馈控制,对风速扰动进行补偿,抑制电压波动。为减小双馈风电机组内部有功损耗,提出双层无功分配策略:第一层根据各机组无功极限的大小进行分配,第二层以最大限度的减小机组内部有功损耗为目标,在双馈机定子侧和网侧变流器(GSC)之间进行优化分配。通过仿真,验证了该方法能有效抑制由于风速变化导致的电压波动,并且大大减小双馈风电机组内部功率损耗。