基于级联惯性负载转矩观测器的永磁伺服电机复合抗扰控制

针对永磁伺服电机在运行时位置跟踪精度差和抗干扰性能弱等问题,提出一种模型预测位置控制与非奇异快速终端滑模速度控制相结合的复合模型预测控制策略。该控制策略采用非奇异快速终端滑模设计速度控制器,以有效提高响应速度及系统鲁棒性;采用模型预测位置控制提高位置跟踪精度;同时,采用基于转动惯量观测和负载转矩观测器相结合的级联惯性负载转矩观测器观测负载转矩并进行前馈补偿,进一步提高系统的抗干扰性能。通过仿真和实验结果可得,所提复合模型预测控制可有效提高永磁伺服电机的动态响应速度和抗负载扰动能力。

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”。

基于扩张状态观测器的伺服加载模糊滑模控制

针对电动伺服加载测试台存在的间隙、摩擦等非线性控制问题,以滑模变结构控制(SMC)为主体进行了加载控制器设计。分析伺服加载测试台整体结构,提出一种基于扩张状态扰动观测器(ESO)的模糊滑模控制(FSMC)策略。该策略在使用ESO针对伺服加载系统的外部干扰进行观测的基础上,设计了模糊控制对滑动模态面和滑模趋近律进行自适应调节,提高了系统的动态实时跟随能力和干扰补偿能力,并减小SMC控制器稳定时的抖振现象。仿真结果表明:所设计的基于扩张状态观测器的模糊滑模控制器(FSMC-ESO)对比传统SMC及PID控制具有更好的快速响应性和鲁棒性。

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.

风电叶片多点分级静力加载无模型自适应控制及实现

兆瓦级风电叶片静力加载试验目前一般采用多点同步逐级加载的方法实现。为解决静力加载试验多点同步协调控制及各加载点力耦合的问题,提出了一种不基于加载对象数学模型的静力加载自适应控制算法,并通过伺服绞车+力传感器+三坐标测量仪+控制采集装置搭建了试验系统,通过PLC根据算法调整伺服电机的转速以实时调整加载载荷的变化率,从而实现各加载点载荷同步、匀速、稳定变化。加载系统采用竖向加载方式,在满足试验要求的基础上大大节约了占地面积,经现场试验,加载时间控制在3 min以内,加载同步性控制在1%以内,最大载荷可达300 kN,对各种叶片适应性良好,具有一定的通用性。

基于改进Stribeck模型的伺服系统摩擦补偿研究

电动伺服加载系统中非线性摩擦的存在是不可避免的,具有较强非线性的摩擦干扰严重影响系统的加载精度。针对电动伺服加载系统中摩擦扰动问题,首先提出一种改进Stribeck摩擦模型对加载系统摩擦特性进行描述;其次基于反步控制理论设计控制器抑制非线性摩擦扰动;最后针对摩擦模型参数易受系统内外部环境变化影响的问题,结合自适应控制对参数变化的摩擦干扰进一步抑制。根据仿真结果表明:相比于传统PID控制,采用自适应反步控制器的系统扭矩误差降低了80.2%,有效抑制了系统中的非线性摩擦扰动,提升了加载系统控制精度。

浮式风渔平台水动力和气动力响应特性

浮式风机-养殖多功能平台(风渔平台)能够更加充分且高效地开发和利用深远海资源,但由于这种平台同时集成了浮式风机和大型网箱的装备模块,其力学特性将更为复杂。本文综合考虑了风、浪、流联合作用下风轮脉动风载荷及变速变桨控制、浮体波浪载荷和网衣系统黏性载荷,基于整体系统的水动-气动-控制一体化分析方法,研究了风渔平台的动力学响应特性,重点关注了不同海况下平台运动响应、锚链张力、浮筒连接钢结构截面载荷以及风机叶片气弹性响应,并评估了网衣对相关运动响应的影响规律。结果表明:风渔平台纵荡和纵摇主要包含低频慢漂和波频运动两个成分,随着海况愈发恶劣,波频成分响应逐渐增大;锚链张力与平台运动相关,其载荷主导频率与纵摇和纵荡运动规律较为一致;网衣对平台运动以及锚链载荷的影响主要集中在低频区间,多数情况下具有抑制效应;不同浮筒之间的截面载荷均以轴向力贡献为主,且波频成分占据主导地位,但迎浪侧两个浮筒受锚链载荷影响,其低频成分同样十分显著;风机工作时叶片弹性响应由风速与转速主导,而停机时该响应主要由纵摇和纵荡运动引起。研究成果为浮式风渔平台的结构安全设计提供了参考。

加载系统迭代学习控制器设计与控制算法研究

为了使电动伺服加载系统达到更好的控制效果,解决扭矩跟随效果较差、幅值误差和相位误差较大、复杂的控制算法难以应用等一系列问题,利用模糊控制自适应和迭代学习跟踪精度高的特点,设计一种基于模糊控制的迭代学习控制器。控制器算法采用ST语言编写,并通过实验台的加载采集扭矩曲线。结果表明,基于模糊控制的迭代学习控制器不仅具有普通迭代学习控制器跟踪精度高的优点,还具有模糊控制自适应的特点,能够用更少的迭代次数更快地达到所需要的跟随扭矩曲线,证明了基于模糊控制的迭代学习控制器的优越性和可行性。

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。

基于弯曲疲劳试验的发动机曲轴疲劳试验设计探讨

为了提高发动机曲轴部件工作的稳定性与可靠性,对某汽车发动机曲轴为试验对象,将其分成多个单拐试样,分别使用电磁谐振加载法与电液伺服加载法进行弯曲疲劳试验。试验结果表明,电液伺服加载法对弯矩的控制更为合理、精准;电磁谐振加载法可以有效缩短试验时间,减小试验成本;不同试验方法下获得的疲劳极限值并不相同,要结合曲轴试验目的选取适宜的试验方法;两种试验方式下曲轴失效形式均是连杆颈辊压槽处出现断裂。由此可以得出:两种加载方式得到的疲劳极限数值偏差幅度为4.4%;发动机曲轴部件中最为薄弱的部分在连杆颈辊压槽处。

船舶轴系电液力加载装置的控制策略研究

为了在实验室环境下模拟船舶轴系的推力载荷,以一种基于可变容积的电液力加载装置为研究对象,建立了系统的数学模型,分析指出轴系轴向扰动位移是影响加载力控制精度的关键因素,从而提出了一种基于扰动观测器补偿的复合控制策略。本加载装置由加载液压缸、承压筒和液压阀件等组成,包含了内部油液压力传感器和加载力传感器。首先,为提升系统的稳定性,构建了压力反馈半闭环的控制框架;然后,为了补偿轴系扰动位移对加载力的影响,采用扰动观测器将扰动位移等效在控制输入端,并引入补偿;最后,基于数值仿真和试验结果验证了所提控制策略的有效性。仿真和试验结果均表明,所设计的复合控制策略能有效抑制加载力波动。

某型伺服泵空载压力异常分析与改进

针对某型双向变量伺服泵空载压力异常问题,运用AMESim软件对伺服泵控制系统进行仿真分析,得出了单向阀设计不合理是导致空载压力异常的主要原因,最后,根据仿真结果对相关结构进行优化设计并试验验证了改进措施的有效性。

邻近地铁深基坑混凝土支撑轴力伺服系统分段加载技术研究

为了控制大型深基坑微变形,保障紧靠深基坑地铁隧道的结构安全和正常运营,深基坑工程中将液压千斤顶与混凝土支撑结构融为一体,形成了混凝土支撑轴力伺服系统。在此基础上,结合上海市浦东新区某超深基坑工程,应用混凝土支撑轴力伺服系统,提出了相对整体加载更能保护地铁的混凝土支撑轴力伺服分段加载技术,阐述了该技术的实施过程以及对基坑与地铁保护的控制要求,分析了地铁侧地下连续墙测斜和地铁隧道收敛的变形情况,总结了混凝土支撑轴力伺服分段加载技术应用于邻近地铁隧道深基坑的实际成效。工程实践结果表明:基坑开挖区域①-1区自5月1日地下2层土方开挖至8月10日基础底板形成,地铁侧地下连续墙测斜变形仅22.54mm,靠近基坑侧的地铁隧道下行线收敛变形仅2.43mm。混凝土支撑轴力伺服分段加载技术有效控制了大型深基坑的变形,极大程度地保障了地铁隧道结构的安全,应用前景广阔。

高精度的动态加载系统建模与控制算法试验研究

为设计全程静态精度小于0.05%FS、动态精度小于1%FS的动态力加载装置,文中在缺乏匹配的压力型电液伺服阀的情况下,采用流量型电液伺服阀设计了动态加载装置的液压系统,并对高精度动态加载的控制算法进行了试验研究。试验结果表明:采用传统PID控制加载力,其静态精度可达0.041%FS,动态精度可达2.5%FS,均超过动态加载装置的控制要求;采用自适应PID控制加载力,其静态精度可达0.039%FS,施力中间阶段的加载力动态精度可达1%FS,但在施力初始阶段和施力结束阶段,加载力动态精度高达8%FS,考虑加载力在施力过程中呈现阶段性特点,提出采用分段自适应PID控制算法,经动态加载力试验论证,分段自适应PID算法能够有效解决加载力动态精度超差问题,加载力的静态精度可以控制在0.018%FS,动态控制精度可以控制在1%FS,完全满足高精度动态加载装置的控制要求。

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.

航天伺服关节轴承压装机的设计

目前伺服机构配套关节轴承的装配主要采用人工使用压力机完成,此方式需考验操作人员的熟练程度,操作依赖性较大,且装配效率较低,无法保证装配质量一致性;为了提高车间生产效率,提高车间自动化生产程度,提出了一种自动进出料的轴承压入工艺方法,即通过依托于三轴传动机械手自动进出料的轴承压入设备,优化传统依靠压力机装配方法。首先,对整体结构进行了设计,并介绍了工作原理;其次,对关键环节进行了研究,并对关键零件进行了校核;最后,对气动回路以及电气控制部分进行了介绍。压入设备工艺方法的提出,对提高车间轴承装配生产效率以及提高产品质量一致性具有重要的意义。

基于视觉伺服的四旋翼吊挂抗摆控制方法

四旋翼吊挂飞行时载荷的摆动会显著影响无人机的操纵性和稳定性,无人机运动会引起负载振荡,严重威胁控制系统的安全。针对无人机从起飞阶段加速跟踪远距离时变期望轨迹,尤其是弧形轨迹的过渡过程中,吊挂载荷摆动频率较高的问题,提出了一种基于视觉伺服的三闭环轨迹跟踪和载荷抗摆控制方法,通过对期望姿态角指令进行修正,减小载荷摆动对无人机的影响。对不同吊挂载荷质量以及载荷质量突变的情况进行了分析,仿真和飞行实验结果表明,该抗摆控制策略不但可以极大地降低吊挂载荷的摆动频率,还能使无人机平稳跟踪期望飞行轨迹。

应用于伺服系统的复合电源研究

近年来,伺服系统广泛应用于数控机床、工业机器人、电子制造等领域,其中的脉冲负载工作时呈现常态低功率、瞬间高功率的特点,并伴随反灌制动能量,这种固有特性会影响系统的稳定性。为应对这些挑战,文章研究并设计应用于伺服系统的复合电源。在该复合电源中,储能电容通过双向能量补偿器与电池并联,为伺服驱动器负载供电。这种方法可以实现输入与输出侧功率解耦,继而抑制母线上电压波动。此外,文章利用交错并联式Buck/Boost拓扑结构减小了电流纹波,并且针对此结构的双向能量补偿器提出一种状态辨识控制策略。利用脉冲负载状态辨识算法检测脉冲负载的状态,根据不同状态来选择对应的控制回路。通过实验分析,验证了双向能量补偿器工作状态良好、复合电源工作正常。

一种货舱门伺服控制器的设计与仿真

为降低某型窄体客机货舱门机电作动器(EMA)的功率需求,并有效控制未知扰动对控制器的影响,提出了一种融合速度比例积分(PI)控制器和电流滞环跟踪控制算法。首先,对EMA工作过程中的复杂载荷工况进行深入分析,从而获得货舱门在实际工作过程中的负载特性。其次,基于货舱门负载特性对控制器的运动控制过程功率需求进行了匹配设计,实现了控制器的架构和主要功能电路的设计。最后,为验证所提出控制策略的有效性,在MATLAB/Simulink软件中构建了控制器的模型,并对货舱门开关门运动过程进行仿真。仿真结果证明所提出的控制策略能够将转速波动范围控制在±120 r/min以内,有效降低了系统的功率,还显著提升了控制器对外部扰动的动态响应能力。

基于伺服控制系统的砝码自动加载装置的设计

本文基于伺服控制系统对电子秤砝码加载装置进行设计,实现电子秤检定过程中砝码的自动加载过程。该装置依据JJG539-2016《数字指示秤检定规程》对30kg的电子秤利用机械手对放置在砝码支架上最大20kg的砝码进行上、下、左、右、前、后六个方位的自动移动,实现砝码在电子秤的任意位置加载,同时伺服控制系统可以按照检定点依次组合砝码自动加载检定。该装置的研制在电子秤检定过程中无需手动加载相对比较重的砝码,可以大大减轻检定人员劳动强度,解放劳动力,具有较强的可操作性和实用性。