Adaptive Robust Servo Control for Vertical Electric Stabilization System of Tank and Experimental Validation

A tracking stability control problem for the vertical electric stabilization system of moving tank based on adaptive robust servo control is addressed.This paper mainly focuses on two types of possibly fast timevarying but bounded uncertainty within the vertical electric stabilization system:model parameter uncertainty and uncertain nonlinearity.First,the vertical electric stabilization system is constructed as an uncertain nonlinear dynamic system that can reflect the practical mechanics transfer process of the system.Second,the dynamical equation in the form of state space is established by designing the angular tracking error.Third,the comprehensive parameter of system uncertainty is designed to estimate the most conservative effects of uncertainty.Finally,an adaptive robust servo control which can effectively handle the combined effects of complex nonlinearity and uncertainty is proposed.The feasibility of the proposed control strategy under the practical physical condition is validated through the tests on the experimental platform.This paper pioneers the introduction of the internal nonlinearity and uncertainty of the vertical electric stabilization system into the settlement of the tracking stability control problem,and validates the advanced servo control strategy through experiment for the first time.

Research and Application of"Soft"Devices for Realizing Servo Amplification

This article analyzes and discusses the working principle and problems encountered by various servo amplification devices used in the on-site continuous adjustment system,analyzes and discusses the application of the servo mechanism,and analyzes the mechanism of the servo device's implementation of the"positioning"func-tion on the control device.Intended to guide the continuous adjustment process in controlling the function/accuracy of actuator equipment and application debugging,ensuring the safe and stable operation of production equipment and facilities.

Backstepping Sliding Mode Control Based on Extended State Observer for Hydraulic Servo System

Hydraulic servo system plays an important role in industrial fields due to the advantages of high response,small size-to-power ratio and large driving force.However,inherent nonlinear behaviors and modeling uncertainties are the main obstacles for hydraulic servo system to achieve high tracking perfor-mance.To deal with these difficulties,this paper presents a backstepping sliding mode controller to improve the dynamic tracking performance and anti-interfer-ence ability.For this purpose,the nonlinear dynamic model is firstly established,where the nonlinear behaviors and modeling uncertainties are lumped as one term.Then,the extended state observer is introduced to estimate the lumped distur-bance.The system stability is proved by using the Lyapunov stability theorem.Finally,comparative simulation and experimental are conducted on a hydraulic servo system platform to verify the efficiency of the proposed control scheme.

Output feedback control and parameters influence analysis of active suspension electro-hydraulic servo actuator

The hydraulic servo actuator of heavy vehicle active suspension is investigated to clarify the correlation between system parameters and the control characteristics of active suspension hydraulic servo system.Accordingly, a nonlinear physical model of electro-hydraulic servo active suspension system is built.Compared with the conventional nonlinear modeling, the model in this study considers the asymmetry of working areas caused by single rod hydraulic cylinder in the suspension system.In accordance with the model, a nonlinear output feedback controller based on backstepping is designed, and the effectiveness of the controller is proved based on the experimental platform.The dynamic response curve of the electro-hydraulic servo control system under the change of parameters is generated based on the simulation model.The sensitivity of electro-hydraulic servo control performance to the change of system physical parameters is investigated, and two evaluation indexes are proposed to quantify and compare the effect of all physical parameter changes on position control system.As revealed by the results, the position control characteristics of suspension actuator are more sensitive to the changes of flow gain of the servo valve, system supply oil pressure and effective working areas of cylinder, and the two evaluation indexes are over 10 times higher than other physical parameters.

Research and Application of 40 kW Electric Servo System on Gravity-1 Launch Vehicle

This article introduces the 40 kW electric servo system used by Gravity-1 strap-on launch vehicle, which mainly includes the composition, function and related equipment of the system. Aiming at the measurement deviation caused by the closed loop of resolver, a compensation algorithm is designed;aiming at the monitoring of the output power of the thermal battery, an algorithm without sensory monitoring the bus current is designed. In the end, the effectiveness of the two algorithms was verified by testing.

数控机床伺服系统参数设计数字孪生实验平台

为解决数控机床伺服系统参数设计相关实验,在真实机床上难开展、高耗材、安全风险大等问题,提出了一种“基于MCD+PLCSIMAdvanced+TIA架构的伺服系统参数设计数字孪生实验平台”设计方案。该方案将机床模型实体与数字孪生实验平台有机地结合起来,以“单轴伺服系统参数优化设计实验”为例,对数字孪生实验平台伺服系统的相关参数进行了调试与优化,并在机床模型实体上对其所得参数的准确性进行了验证,同时也证实了该数字孪生实验平台设计方案的可靠性。

基于刚度可调的气动位置伺服系统摩擦补偿控制

气动伺服系统的低刚度、低气源压强、流量易饱和等特性,导致系统在工作过程中能量耗散较大,系统易受摩擦影响,且补偿效果不明显。尤其是当系统的运动方向改变时,会产生明显的“平顶现象”,严重影响气动伺服系统的跟踪精度。采用负载口独立控制结构,消除因两腔耦合而导致的能量耗散,使系统流量特性尽可能地位于线性区间;针对气动系统中存在的摩擦中部分参数不确定,以及外界干扰、动态负载的不确定性,设计非线性自适应鲁棒控制方法;将系统的刚度调节与自适应鲁棒控制进行协同控制,提高气动位置伺服系统的动态性能。仿真和实验结果均表明:具有刚度调节的自适应鲁棒控制能够明显降低系统能量耗散,提高系统位置跟踪精度,有效改善摩擦引起的“平顶现象”。

中国机器人伺服控制技术竞争力及提升路径

中国机器人核心技术竞争力与国际领先国家相比仍有很大的差距,迫切需要提升以伺服控制技术、减速机技术等为代表的机器人核心技术竞争力。文章采用专利信息数据从专利数量、专利质量、专利价值三个维度对中国机器人伺服控制领域的技术竞争力进行分析,并将其与美国、德国、韩国等领先国家进行比较,剖析中国机器人伺服控制技术发展过程中的优势与不足,最后从技术联合研发、聚焦关键技术、研发方向等方面提出了技术竞争力提升的路径。

水合物开采模拟超重力试验装置的研发及应用

天然气水合物是突破世界能源瓶颈的重要潜在能源,广泛分布于深海沉积物和陆域永冻土。水合物赋存在高压低温环境下,储层厚度达数十至百米,大尺度储层重力场显著影响其开采时的液气渗流、储层变形和传热过程,进而影响开采产气效率且可能诱发工程灾变。研发了一套能够在超重力场下模拟大尺度水合物储层长历时开采演变过程的离心模型试验装置,主要由高压釜系统、水合物制备模块、水压力控制模块、水合物开采模块、监测与响应模块组成。该装置能够在100g超重力下伺服调控高压釜内气液压力和温度环境,在模型尺度上有效再现水合物储层应力、温度和荷载条件。在系统介绍装置研发思路和技术特色的基础上,通过100g下水合物储层模型降压分解试验探析了原位等效重力场下储层不同深度处孔压演化规律及开采产气特性,再现了Nankai海槽原位试采产气速率峰值模式,为揭示水合物储层开采相变多相多场耦合机制和灾变防控提供了新的研究手段。

考虑电压电流限制的伺服电机无纹波转矩控制

针对伺服系统无刷电机正弦电流转矩控制纹波较大的问题,提出了一种无刷伺服电机在任意反电动势波形下的无纹波转矩控制,实现了电机驱动器在有限电压、电流范围内的功率损耗最小。首先,建立了有限电压、电流范围内的电机模型,推导了电压、电流范围边界的不等约束条件;其次,利用拉格朗日乘数法求解等效二次规划问题,提出了最优转矩控制策略;最后,在三相18极同步电机的实验平台上进行了3种情况的实验验证。结果表明,所提控制策略在相电压、电流饱和时,仍能实现转矩的精确控制,输出期望转矩;在发生单相故障时,可以隔离故障相,同时通过优化励磁电流使非故障相达到预期的转矩输出,减小了转矩纹波。

基于机器视觉的火箭贮箱焊缝射线检测

针对当前火箭贮箱焊缝采用工业机器人作为射线检测系统的执行机构,通常按照“示教-再现”进行既定轨迹运动,不能适应小批量多品种的柔性与智能生产线的问题,将伺服机构、图像处理技术与智能机器人相结合,采用基于图像的视觉伺服控制(IBVS)方法反馈当前图像特征信息,与期望图像特征进行对比形成图像特征偏差,再基于SSA-BP的控制方法,将得到的特征误差用于火箭贮箱焊缝检测中的焊缝位置误差补偿,以提高射线检测系统的作业精度。最后通过试验,验证了该方法具有良好的自适应性和鲁棒性。

机械反馈式伺服阀流量测试动态缸参数选用分析

相比电反馈伺服阀动态特性可直接通过阀芯位移响应测试获得,机械反馈式流量伺服阀的动态特性,通常需利用动态缸作为流量传感器间接测量获得。测试结果受动态缸泄漏、阻尼、质量惯性等固有非理想化因素的影响,通常无法准确表达伺服阀本身的性能指标。基于一套实际阀控缸系统,建立Matlab-Simulink仿真模型,解析获得的频带宽结果相比实测结果误差小于0.5%,由此建立了可准确表达阀与缸性能特性的仿真模型。在此基础上,理论给出了伺服阀本身的频率特性指标,即无泄漏无阻尼及无限刚度动态缸条件下的系统频率特性。以此为依据,分析了实际动态缸活塞质量、活塞粘性阻尼以及泄漏变化情况下,阀控缸系统频率特性偏离理想条件的变化规律。

汽车EPS伺服变幅加载系统PID建立DNN控制优化

为了进一步提高汽车电动助力转向电液伺服加载系统运动精度,设计了一种PID建立DNN控制系统。通过柔性联接的模式构建电液位置伺服系统,确保在瞬态平衡响应过程中快速完成控制。搭建了柔性电液位置伺服调控测试,并开展调控效果分析。研究结果表明:通过PID建立的DNN控制器在校正柔性联接电液位置伺服参数方面发挥了关键作用,整体响应时间大幅缩短,确保系统频段动态控制效果获得明显改善。采用DNN控制器调节柔性连接电液伺服系统时,能够有效增强系统低频负载位移精度,避免发生幅值衰减的问题,能够以更高精度跟踪柔性连接电液位置伺服参数,促进了系统跟踪性能获得明显改善。该研究对提高汽车运行稳定性以及节能具有很好的理论支撑作用。

微小流量旋转直驱伺服阀传控特性分析与优化

针对无人机、战术弹、支线民航等小型飞行器航空发动机燃油计量系统与推力矢量系统微小流量的伺服控制需求,就旋转直驱伺服阀偏心球副传动接口与非全周节流阀口等关键结构进行了尺寸约束设计分析,并就节流阀口宽度、球副偏心距以及驱动电机转动惯量等重要参数进行了优化分析,给出了伺服阀结构设计的优化区间。在此基础上,研究提出了电机转角与电流双闭环控制方法,幅频响应实测结果与理论分析较为一致,200 Hz以上高频响应满足实际需求,且双闭环控制方法大幅降低了伺服阀响应超调并提升了稳定性。

基于深度神经网络的电液伺服泵控系统健康评估研究

电液伺服泵控系统具备功重比高、响应快等优点,在多领域得到广泛应用,但如何针对该系统开展更有效健康评估,进一步保障系统的安全性和可靠性成为必须面对的问题。按照明确原理、建立数学模型、建立仿真模型、仿真分析的思路针对健康评估方法开展研究,提出油液体积含气量、气隙磁密、泄漏系数3个健康评估指标并确定阈值,构建了LGA(LSTM-GRNN-ANN)深度神经网络健康评估方法并进行仿真分析,结果显示该方法准确率约为97.48%,比LSTM、GRNN健康评估方法具有更高的准确率,为继续深入开展电液伺服泵控系统健康评估的研究提供了理论支持。

一阶系统模型参考自适应辨识及位置控制

针对新建系统或负载变化导致的模型参数不确定问题,对交流伺服系统进行研究,提出模型参考自适应辨识(model reference adaptive identification,MRAI)算法,对一阶系统模型参数进行在线辨识。首先对一阶系统进行数学模型构建,然后根据李雅普诺夫(Lyapunov)稳定理论选择参考模型,并设计自适应控制律,在此基础上对一阶系统进行模型参数在线辨识。当参数收敛后,根据系统要求的自然频率和阻尼比,在线设计位置控制器参数,并进行跟踪定位控制。仿真和实验结果表明,模型参考自适应在线辨识算法能快速精准地辨识出系统模型参数,通过在线设计控制器参数实现了对参考信号的快速跟踪。

基于惯性预测的机器人变刚度碰撞检测系统

针对机器人碰撞检测开关存在弹簧预紧力大、碰撞力阈值高的问题,提出了“惯性预测+电磁伺服”的变刚度模式来弥补该方法的不足。根据机器人手部加速度的测量及预估值实时调节伺服电磁力,碰撞传感器的预紧力由固定的弹簧力与可控电磁力叠加,实现预紧力与手部惯性力的动态平衡,使传感器始终保持高灵敏度。将该碰撞传感器安装于6自由度机器人腕部与手部之间,在碰撞过程中记录触发传感器报警的碰撞力值,实验结果验证了该变刚度碰撞检测方法的可行性。

软土地层临近地铁基坑施工影响控制研究

随着城市地铁沿线地下空间的持续开发,基坑施工对临近地铁变形影响控制越来越受到关注。以上海某邻近地铁的基坑工程为例,通过实测分析和数值计算的方法研究了基坑开挖和拆撑对临近隧道变形的影响,并对伺服系统控制临近隧道变形进行定量分析。结果表明:覆存于软土地层中的隧道对临近施工扰动非常敏感,尽管大区基坑与隧道间距超过2.5倍开挖深度,隧道变形仍超过了监护要求的控制值;大区地下结构施工时拆撑对隧道收敛变形影响超过开挖影响的50%;应力伺服支撑系统对控制临近隧道变形比较有效,适当的“负位移”可以对隧道变形产生有利效果。

快速刀具伺服系统位置域重复控制设计及其数字实现

在非圆零件车削过程中,快速刀具伺服(Fast tool servo,FTS)的运动精度直接影响零件的加工质量.主轴变速加工使得FTS的参考目标信号周期时变而不确定,这对实现其渐近跟踪提出了极大的挑战.本文利用FTS的位置域周期特性,提出一种基于位置域重复控制和时域速度反馈镇定的FTS系统复合控制设计方法,并给出位置域改进型重复控制器(Spatial modified repetitive controller,SMRC)的数字实现算法,实现对时变周期参考目标信号的高精度跟踪.首先,建立包含位置相关时变周期参考目标信号内模的SMRC,并引入位置域相位超前装置对镇定补偿器引起的相位滞后进行补偿,在此基础上构建复合控制律.然后应用小增益定理和算子理论,推导出控制系统的稳定性条件,在保持系统采样频率不变的条件下,应用插值法建立SMRC的数字实现算法,确保位置域重复控制和时域镇定控制器的同步执行.最后,通过仿真验证所设计的FTS控制系统具有满意的时变周期跟踪性能和鲁棒性,并通过与其他位置域重复控制方法的比较,说明所提方法同时具有更好的暂态和稳态性能.

含有柔性负载的电驱动系统建模与控制策略

为了抑制伺服电机启动和运行过程中产生的转速波动和振动,提出了一种基于极点配置的PI控制策略.首先,根据基尔霍夫电压定律和拉格朗日原理建立了伺服电机与柔性负载的整体动力学模型,并通过拉普拉斯变换计算系统的传递函数.其次,通过设计控制器的参数,分析了采用相同幅值的极点配置方法对控制效果的影响.最后,通过与传统的Z-N方法和无控制方法进行对比,验证了该极点配置方法的优势.通过数值仿真和实验研究,实现了对伺服电机启动和运行过程中产生的角度误差的控制,有效抑制了电机转速的波动,保证了系统的稳定性.