基于扩张状态观测器和抗饱和输入的伺服电机等效反步滑模控制

为了提高伺服电机系统的动态响应速度、抗干扰能力,解决输入饱和的问题,课题组基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)和抗饱和输入(anti-saturation input,ASI)辅助系统设计了伺服电机的运动控制方案。首先,建立了伺服电机的数学模型,将系统阻尼和系统不确定性归为扰动,将扰动设为系统的扩张状态;然后在等效反步滑模控制(backstepping sliding mode control,BSMC)的基础上,引入了ASI辅助系统和ESO,解决输入饱和问题,并抑制内、外干扰;采用双曲正切饱和函数替换符号函数以减小滑模控制的抖振;通过李雅普诺夫稳定性方法检验所提出控制器的稳定性。最后,将基于ESO和ASI的等效反步滑模控制与比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制、滑模控制(sliding mode control,SMC)进行仿真对比。结果表明:相较于传统PID和SMC控制器,课题组所设计的控制器可以实现伺服电机的无超调快速响应,解决了输入饱和问题,并具有较好的抗干扰能力和减小输入冲击的作用。

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.

智能型弯箍机控制系统开发

针对传统弯箍机存在的加工精度低、用户定制响应能力弱、远程运维功能缺失等问题,提出利用伺服控制、PLC、人机交互以及云平台等技术设计并开发了一种智能型弯箍机电气控制系统。系统以PLC作为核心控制器,利用三相交流异步电动机完成剪切任务,伺服电机驱动完成送丝和折弯任务;同时,借助4G通信模块,实现了远程加工状态监控、设备远程预测性运维与实时报警等管控功能。系统中通过引入弯曲长度、角度的补偿系数,结合全闭环伺服控制,保证了箍筋成品的加工精度。

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。

基于动态理论模型的电液伺服加载前馈补偿复合控制系统

针对一般电液伺服系统存在的非预期负载扰动和非线性干扰等问题,为了提高系统的自适应能力和动态响应的品质,减小系统跟踪和输出响应的误差,提出了一种基于动态理论模型的电液伺服加载前馈补偿复合控制方法。首先,阐释了电液伺服试验台的结构组成及其数学模型,分析了系统力矩控制和位置控制的结构关系;然后,论证了自适应前馈补偿复合控制的伺服原理,阐述了以调速理论模型和实际模型的误差函数作为调速依据的前馈补偿和复合控制的原理和方法;最后,进行了系统仿真,同时为了验证基于动态理论模型的自适应前馈补偿复合控制策略的合理性和有效性,对伺服系统进行了加载试验。研究结果表明:采用该复合控制策略可以精确算出对伺服马达进行转速补偿的基准值和调整参数,系统动态响应速度比采用传统闭环控制算法提高了8%以上;系统控制器自适应能力和抗扰动性能也明显优于采用传统PI闭环控制及模糊PI闭环控制算法的系统;通过对比分析0.2 Hz和0.5 Hz的正弦响应曲线可知,该系统的位置跟踪曲线性能最优,控制精度最高,实际输出值的误差也最小。

直流电机位置伺服系统新型控制策略研究

针对伺服系统控制器参数设计的复杂性和系统抗干扰性低的问题,设计了内模PID速度控制器和基于指数趋近律的滑模变结构位置控制器,并通过李雅普诺夫理论对系统的稳定性进行分析。速度控制器采用内模PID控制,只调节滤波器参数λ,避免了因调参困难而影响伺服系统的控制精度;位置控制器采用滑模控制方式,对参数变化以及外界影响等因素具有强鲁棒性。仿真和实验结果表明,所提控制系统能够满足对直流伺服电机位置控制的快速性和准确性要求。

适用于栅格舵焊缝检测的超声扫查装置

针对栅格舵焊缝的超声无损检测需求,为解决当前人工手动扫查检测及缺陷评定中的可靠性低、周期长和系统成熟度低等问题,在阵列超声主机、换能器及成像软件的开发基础上研制了一种适用于栅格舵焊缝超声检测的装置。该装置以PLC(可编程逻辑控制器)为控制核心,采用GSKLink通讯协议实现对于机器人、伺服电机的控制,同时根据栅格舵焊缝结构设计自动化工艺运动流程,实现目标的自动化检测。通过实际运行该装置并将其应用于生产,证明了该装置能够满足栅格舵焊缝的自动超声检测需求,大大提高了栅格舵的生产效率。

高温高功率密度永磁伺服电机电磁热耦合设计

介绍了一种适应高温、高功率密度永磁伺服电机热设计方法。通过国内外技术发展现状分析,结合高温环境应用,分析永磁交流伺服驱动电机在适应高温、高功率密度方面的电磁、热设计技术难点,通过提升永磁交流伺服电机电磁、热联合设计方法,提升高功率密度永磁伺服电机的高温适应性。

基于滑窗滤波器的改进MRAS转动惯量辨识

交流伺服电机在负载突变时,传统模型参考自适应(model reference adaptive system,MRAS)不能同时满足辨识精度和收敛速度两方面的需求,鉴于此,提出一种基于滑窗滤波器的改进MRAS转动惯量辨识策略。首先,利用曲率模型(curvature model,CM)对电机的负载扰动进行实时估测;其次,对传统MRAS法进行改进,基于滑窗滤波器原理设置变增益机制的判断依据,使负载突变时系统自动调整自适应率中的增益系数,确保转动惯量被快速、精准的辨识;最后,通过仿真和搭建实平台对所提方法进行验证,结果证明此方法不仅具备较高的辨识精度,同时收敛速度快,很好的克服了传统方法的不足,表现出优异的动态性能。

飞机拦阻系统的改进及建模分析

针对纯机械式液压拦阻系统不能对不同质量和降落速度的飞机快速有效拦阻的问题,对原来的系统进行改进,采用电液伺服阀替换原来的凸轮阀和针阀,采用伺服电机控制的液压泵替换原来的制动盘传动比控制的液压泵,建立改进后的飞机拦阻系统的数学模型,并用MATLAB/Simulink建立仿真模型,对飞机速度、飞机拦停距离和飞机过载等受控参数的变化规律进行了仿真分析,模拟了飞机拦阻系统的工作过程,对拦阻系统的性能进行了仿真验证。结果表明:改进的拦阻系统对多种型号飞机在拦阻距离、飞机加速度、飞机速度、拦阻力和刹车压力均满足预设的拦阻指标且曲线平稳、没有大的突变。

伺服电机液压系统在密炼机上的应用

针对密炼机节能环保的发展趋势,公司联合供应商开发了新型的密炼机伺服电机液压系统,代替常规的异步电机比例阀液压系统。该液压系统能根据密炼机的各个动作按需提供压力和流量,具有噪音低、对油液清洁度要求低、节能明显等优点。

基于MCGS组态软件的板材雕刻机控制系统设计

板材雕刻机是一种用于在板材上进行雕刻、切割、剪裁的机器。为提高雕刻机的速度和精度,并研究其在控制方面的应用,通常采用PLC控制伺服电机带动刀头进行精确的雕刻操作。板材雕刻机可以根据预先设计好的图案或模型进行雕刻,广泛应用于家具制造、建筑装饰、艺术品制作等领域。在板材雕刻机的控制系统中,通过MCGS组态软件,可以直观地反映雕刻过程,并精确地控制雕刻机进行预设图案的雕刻。通过优化控制、调整运动路径和采用高精度的传感器和编码器,可以大大提高雕刻机的速度和精度,实现更精细的雕刻效果。控制系统还能实时监测刀头位置和状态,及时调整雕刻参数,保证雕刻结果的准确性。

光电经纬仪自抗扰控制方法

为提升光电经纬仪在跟踪时的响应速度和抗干扰能力,提出一种基于观测器的自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)方法。对所有已知或未知的影响直流电机工作的干扰输入进行在线估计,并通过适当的反馈控制法来补偿这些干扰;通过选取合适的观测器和控制器带宽参数,来实现良好的抗扰控制效果。仿真结果表明:基于观测器的自抗扰控制方法能有效地提高直流电机对外部干扰和内部未知参数变化的鲁棒性,具有工程应用前景。

工业机器人伺服电机控制方法研究

针对工业机器人中的伺服电机控制方法展开研究,旨在提高工业机器人的运动控制精度和稳定性。首先,分析了工业机器人中的伺服电机控制问题,指出传统PID控制方法存在的局限性;其次,提出了一种基于自适应PID算法的控制方法,并详细介绍了其数学原理和调整规则;最后,采用MATLAB/Simulink对所提方法进行了仿真实验,比较了标准PID方法和自适应PID方法在位置精度和速度响应时间上的表现。结果表明,自适应PID方法具有更高的控制精度和更快的响应速度。

基于LabVIEW的伺服电机故障监测系统设计

为了满足伺服电机工作中安全运行要求,文章设计了基于LabVIEW的伺服电机故障监测系统,建立了具有电机振动传感、噪声传感及速度传感等多维度故障监测平台。该系统采用主从机架构,下位机采用STM32单片机完成传感并上传,上位机通过LabVIEW实现电机故障分析,并可实现网络数据共享。经实践验证,该系统运行稳定,可靠性高,满足伺服电机故障监测和安全运行要求,与传统电机监测设备相比,提高了电机监测的智能化和安全运行水平。

基于命令滤波的多电机协同控制设计及多轴辊压系统应用

针对多电机同步驱动的调速及伺服系统高精度协同控制问题,设计了基于命令滤波反步技术及虚拟主轴同步控制策略的高性能协同控制方法。结合永磁同步电机动力学模型与直轴电流闭环为0的矢量控制策略,构建交直轴解耦的简化多电机模型。基于命令滤波反步技术,设计多电机协同控制器,避免传统反步法控制器设计过程中的项数爆炸问题。进一步采用虚拟主轴同步控制策略设计多个电机之间的同步反馈信号,避免“伺服打架”现象产生的额外能量损耗及机械结构损伤。将所设计控制方法应用在烟草多轴辊压系统中,通过实际生产数据验证了所提方法的有效性与优越性。

SINUMRINK84OD-SL系统在轧辊磨床升级改造中的应用

2015年开始,西门子公司将SIEMENS 840D-PL系列产品列为淘汰产品,西门子工厂停止生产,大部分企业开始采用机械部件利旧,电气设备升级成新一代SINUMRINK 84OD-SL系统,改造老旧磨床设备,实现产品升级换代,满足生产使用要求。

数控机床伺服驱动系统的多电机同步控制策略

以数控机床伺服驱动系统的多电机同步控制为研究对象,提出了一种基于多交流伺服电机的同步控制策略。此策略将虚拟主轴和偏差耦合的同步控制方式相结合,并加入反向传播神经网络比例积分微分控制以及自适应鲁棒控制。通过搭建Matlab/Simulink仿真平台模拟了系统的运行状态。结果表明,所提同步控制策略具有良好的同步性能和伺服效果,在提高多电机联动系统的控制精度和响应速度、减少摩擦和齿隙的影响以及增强系统鲁棒性方面表现出优越性。

一种PMSM位置伺服系统的动态建模与控制

本文根据永磁同步电机(PMSM)的基本电磁关系及其动态数学模型建立了位置伺服控制模型,按照闭环负反馈控制原理,设计了具有电流、速度、位置三闭环的位置控制系统。首先,根据PMSM矢量控制的特性,利用3S/2S和2S/2R的坐标变换理论,建立了位置伺服系统在同步坐标系下的动态数学模型,同时给出了按照转子磁场定向的位置控制策略和算法;其次,研究了基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的数字实现,并根据电机的数学模型,在MATLAB/Simulink环境中构建了三环模型,同时搭建了基于DSP实验样机。在仿真和实验中直轴、交轴以及速度和位置均采用PI控制,在控制参数的整定过程中,遵循先内环(电流环),后速度环,再位置环的增量调试原理,实现了同步电机的位置闭环控制;最后,对仿真结果和试验结果进行了对比分析,说明了模型的正确性和有效性。

基于遗传算法整定参数的火力发电用电机伺服控制分析

同步发电机的控制精度对提高火力发电效率的影响较大,为进一步提高火力发电用电机伺服控制控制精度,选用遗传算法整定驱动轴参数。从正弦信号和直线信号两个方面开展进给测试,促进跟随性能的显著提升。研究结果表明:遗传算法优化可知,在当前人工经验条件进行整定得到的系统带宽接近64 Hz,响应性能较为理想。正弦信号下,采用遗传算法进行参数整定时,跟随误差更低,表现出更优的跟随性能。绝对误差极值降低27.3%,绝对误差积分降低42.4%。直线进给状态下,跟随误差更低,表现出更优的跟随性能。绝对误差极值降低28.6%,绝对误差积分降低39.1%。相对于人工经验整定方式,达到更优的误差波动控制状态,实现了较优的伺服稳定性。