Satisfactory PI-P Controller Design for High-order Servo System

The paper presents an output feedback controller design method for high-order servo system with the constraints of multiple indices by using satisfactory control theory. The control strategy is to convert transfer-function form of two-loop servo system into state-space form and assign the system poles in the specified region and H_∞ attenuation degree in the given range with the Riccati matrix inequality so that the closed-loop system has good dynamics and robust quality. A numeric example is given to show the effectiveness of the proposed approach.

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。

高压气动压力伺服系统的鲁棒控制

高压气动压力伺服系统的参数不确定性和未建模动态制约了其控制精度的提高,针对此提出了基于RISE的自适应鲁棒控制算法用于高压气动压力伺服系统的控制。考虑到核心元件高压电气伺服阀的控制性能对高压气动压力伺服系统高精度控制的影响,设计了交叉对比实验,实验结果表明,伺服阀位置控制算法有助于避免正弦信号失真、减小稳态压力抖动,系统压力控制算法能提高系统的响应速度和动态跟踪能力。

一种基于伺服系统实现四电机消隙的控制方法

针对齿轮传动系统驱动超大负载转台高精度、快速响应的消隙伺服控制领域,双电机消隙伺服系统存在单伺服系统体积大、功率大、成本高、消隙单一的缺点,为此,设计了基于四伺服同步控制四电机消隙系统;实现了多伺服同步控制的四电机消隙,有效地降低单台消隙伺服系统的功率、体积、成本,并且安装也相对灵活;又能较好地实现百吨级超大负载高精度快响应控制。

引入前馈的航天机电伺服系统复合控制技术

针对航天机电伺服系统阶跃响应快速且无超调、跟踪连续变化信号稳态精度高的要求,在位置-速度-电流三闭环控制基础上引入前馈控制组成复合控制,实现了在不降低系统动态性能和稳定度的前提下,提高了对连续变化信号的跟踪精度。分析了闭环控制器与前馈控制器的设计方法,针对全不变性原理设计的前馈函数对噪声敏感的问题,给出了基于误差系数法的设计方法。然后进行了实验验证,实验结果显示:伺服系统能够快速、无超调地响应阶跃指令,对连续变化信号具有良好的跟踪精度,系统带宽得到拓展,说明了本文方法的有效性与实际可行性。

电液位置伺服系统高增益自抗扰控制

针对电液位置伺服系统采用自抗扰控制策略时,存在因系统阶数过高导致状态观测器需观测的变量多、观测信息相位滞后以及易引起系统响应滞后及超调等问题,采用高增益自抗扰控制方案。对系统模型进行降阶处理,以简化控制器结构,减少待整定参数;在传统扩张状态观测器的基础上,进一步对系统总扰动的微分信号进行观测,观测系统扰动的变化趋势,产生有效的超前补偿信号,从而提高系统控制性能及抗扰能力。最后,通过MATLAB与AMESim进行联合仿真。结果表明:该控制方案相比于传统自抗扰控制,系统超调量降低85%,响应速度提高47.7%,并有效提高了系统抗干扰能力,具有更优良的动态及稳态性能。

基于准滑动模态的动态非平衡身管高精度俯仰控制

非平衡身管俯仰系统属于典型的电液伺服系统,在路面波动条件下实现其高精度位置控制,可有效提升身管武器的远程精准打击能力。为此,分析非平衡身管俯仰工作原理及路面波动影响机制,建立各组件的数学模型并联立得到系统状态空间模型;基于准滑动模态,设计改进饱和函数的双幂次趋进律滑模控制器;最后,搭建路面波动条件下非平衡身管俯仰滑模控制仿真模型,进行仿真分析并与指数趋进律、双幂次趋进律滑模控制器的控制效果对比,验证所提方法的可行性和有效性。结果表明:所提方法具有跟踪精度高、响应时间短、抖振抑制效果好且所需能量少等优势,可满足动态非平衡身管高精度控制的需求。

高速开关阀控位置伺服系统的模式切换控制

针对高速开关阀阀控位置伺服系统在脉宽调制信号驱动下,存在控制精度差的问题,提出了一种“模式切换”算法以提高其控制精度。首先介绍了系统结构与工作原理,并在此基础上建立系统数学模型。分析了四个高速开关阀开、关状态组合形成的七种工作模式,舍弃两种会产生较大流量变化的工作模式,选择剩余的五种工作模式以满足微小位置误差调节的需求。设计了“PID+模式切换”控制器,使用位置误差的PID控制器输出值和主阀两腔压力作为工作模式切换的依据,通过工作模式的实时切换,实现了主阀的高精度位置控制。试验表明在跟踪幅值为4.5 mm,频率为0.5 Hz的正弦轨迹时,主阀最大跟踪误差、平均跟踪误差及标准跟踪误差分别为0.46, 0.08, 0.07 mm,与传统PID控制器相比,所提控制器能够获得良好的位置控制性能,且高速开关阀总的开、关次数也减少了38%。

基于大吨位、高举升雷达的伺服系统设计

本文详细介绍了基于大吨位、高举升雷达的伺服系统设计,包括引言、背景技术、硬件设计、软件设计、结语。着重从大吨位、高举升的角度来阐述雷达伺服系统设计。

基于直接转矩控制的超低速高精度正弦波交流伺服系统

提出并阐述了基于外转子稀土永磁正弦波无槽无刷力矩电机直接转矩控制的数字式超低速高精度伺服系统的总体方案、工作原理、控制策略和功能实现。实测结果表明,可实现高精度和稳定的超低速运行特性。

航天大功率无刷电动舵机控制器研究

分析了航天大功率无刷直流电动舵机的工作特点,设计了一种基于DSP+CPLD+IPM的电动舵机控制器。主要完成环路计算,信号的采样、滤波和综合以及故障保护,还提出了高可靠性的上下电管理方法,给出了相关硬件设计和程序设计框图,试验结果证明该舵机控制器具有精度高、响应速度快、可靠性高的优点。

高性能交流伺服系统中的控制方法

高性能交流伺服系统是运动控制理论的一个重要研究领域,它直接影响并带动其它领域的发展,其性能的改善也能提高设备的生产能力和产品质量。论文阐述了高性能伺服系统中控制技术的研究意义,归纳了高性能伺服系统中的典型的几种控制方法基本概念、原理、优缺点及相应的改进技术,最后对伺服系统未来的技术发展做了展望。

基于自适应观测器和线性二次型调节器的高性能伺服系统谐振抑制

由于机械传动装置的限制,高性能伺服系统在高速正反转和快速定位等动态控制过程中容易发生机械谐振。采用考虑传动装置弹性的电机-负载双惯量机械模型,研究伺服系统的机械谐振抑制技术。以电机转速作为系统广义输出,建立基于双惯量机械模型的参考自适应观测器,实现负载惯量、负载转速和扭力矩的估计。基于观测器的估计状态和参数,设计速度环线性二次型调节器(LQR)来抑制双惯量系统中的机械谐振。为了验证观测器和LQR的有效性,利用Matlab/Simulink进行仿真研究,并在基于TMS320F28335DSP的平台上进行相关实验验证。仿真和实验表明自适应观测器能够较为精确地估计系统的参数和状态,同时也表明基于LQR的状态反馈控制能够有效地抑制传动系统中的机械谐振。

大载荷液压加载系统控制器设计与仿真

以大载荷液压加载系统(HLSLS)为研究对象,目的在于寻求一种控制方法能够尽可能真实地模拟HLSLS在实际工作过程中所受到的力载荷。根据HLSLS的被动式力伺服控制结构及其工作原理,建立了执行机构的数学模型。设计了结合缓冲弹簧、舵机位移和速度前馈、输出力矩变化速度反馈的复合控制器结构,提高了系统的稳定性、加载精度和动态性能。提出了基于遗传算法的系统参数整定方法,克服了系统参数时变及非线性因素的影响。利用Matlab仿真环境和系统试验装置分别进行了系统动态特性实验。计算机仿真和实物测试结果表明:该控制器使HLSLS对于模拟飞行器舵机及其伺服系统所受到的惯性负载、摩擦负载和弹性负载具有很好的力矩动态跟踪能力,完全能够达到系统控制性能指标的要求,具有较高的工程实践价值。

车载发射转塔高性能随动系统智能控制策略研究

现代战争对车载防空武器的低空高速目标的快速跟踪能力提出了很高的要求;为实现某车载发射转塔随动系统的高速高精度控制任务,抑制系统中齿隙引起的极限环振荡,提出了一种将智能分区PID反馈控制与前馈控制相结合的位置随动控制策略,并给出了易于工程实现的PID参数调整规则;设计了以嵌入式计算机PC104为核心的车载发射转塔数字交流随动系统;应用机理分析与实验相结合的方法建立了该系统的数学模型;系统仿真和实际控制结果表明,采用本文所提控制策略,可有效解决随动系统设计中快速性和稳态精度的矛盾,使系统在获得良好动、静态性能的同时,避免了极限环振荡;该方法具有较好的实用性。

20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机的研制

详细介绍自行研制的20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机,该试验机主要由主机加载系统、高温压力室与温控系统、辅机装料系统以及测试系统4个部分组成。最大轴压和侧压均为10 000 kN,试样尺寸为φ200 mm×400 mm,试样最高加热稳定温度为600℃。介绍试验机研制的关键技术难点和解决方案,与普通用于地球物理研究的高温高压试验机相比,具有如下显著特点:(1)试样大,是普通的高温高压试验机试样体积的64倍,可以更好地反映岩体的特性;(2)实现伺服控制加载,可以方便地研究岩体在各种温度下的变形特性;(3)具有研究渗透性、矿物热解过程的变形特性等多种功能;(4)具有在高温下施工钻孔并研究钻孔岩石蠕变特性的功能;(5)主要用于研究岩体的工程特性。采用该试验机进行煤试样在高温高压下的变形特性试验,揭示煤体在高温下的应力–应变特征,特别是高温下塑性强化特性、在塑性阶段无体积膨胀特性,发现其弹性模量随温度的增加呈指数衰减特性。该试验机可用于探索深部采矿、煤炭地下直接液化与气化、地热开采、矿山安全、建筑安全等工程领域深刻的科学规律与自然现象,为能源与资源开发提供原创性的思路与研究方向。

一种高强钢动态力学特性测试方法与应用

介绍了一种利用液压伺服试验系统进行高强钢动态拉伸的试验方法,可以得到材料不同应变率下的应力应变曲线。经分析和处理,可以作为碰撞安全仿真分析的输入数据;并在实际的车型碰撞安全开发过程中证明了其有效性。试验结果表明利用高速液压伺服试验系统进行高强钢材料动态力学性能测试获得的数据稳定性和一致性好,可用于高精度的汽车碰撞安全仿真分析的数据输入。

基于ARM的高性能交流伺服电机系统设计

分析了永磁同步电动机的工作原理,利用S3C2440芯片的软硬件裁剪式优点,设计了基于S3C2440控制的高性能交流伺服电机系统。系统的硬件主要包括控制模块、驱动模块及电流检测模块,简化了电路的复杂程度。系统采用电流环和速度环的双闭环PI矢量控制策略,对伺服电机系统进行实验研究,实验结果表明设计的交流伺服电机系统具有较高的控制精度。

模糊PID控制在伺服系统中的应用

针对高速数控机床的应用需求越来越多,以交流永磁同步直线电动机为驱动元件的高速伺服系统是最为有效的解决途径。以数控机床直线交流伺服系统为研究对象,首先进行了主回路及配电的设计,然后对其中主要部件进行选型。然后针对核心部件永磁同步直线电机建立电流、速度、位置三闭环的PID控制模型,应用PID优化理论及模糊自适应理论,对PID参数进行整定优化,并用MATLAB/SIMULINK进行动态仿真、计算,仿真结果表明采用上述方法提高了数控机床交流伺服系统设计整定的效率和精度、改善了系统动态响应性能。

伺服系统中精密传动装置精度分析

传动误差和回程误差是精密传动装置中两个最重要的精度指标。分析闭环伺服系统前向通道上精密传动装置的传动误差和回程误差对伺服系统性能的影响,提出计算方法。在此基础上,对谐波齿轮传动装置与行星齿轮传动装置进行实例对比分析,指出在闭环伺服系统中,谐波齿轮传动装置比行星齿轮传动装置的回程误差小,但谐波齿轮传动装置的传动误差对系统的影响大于行星齿轮传动装置。