基于Bouc-Wen模型的压电执行器的前馈线性化控制器

本文提出并研究了利用Bouc-Wen模型构建压电陶瓷执行器的迟滞位移在线观测器的方法,并采用迟滞位移在线观测器构成前馈控制系统实现了压电陶瓷执行器的输出位移与输入控制电压之间迟滞关系的线性化。在此基础上设计了相应的数字控制算法,实现了一种基于数字信号处理器的前馈线性化控制器,建立了相应的实验装置并进行了实验验证。实验结果表明,当前馈线性化控制器的输入控制电压为频率0.5 Hz幅值5 V的正弦电压时(功率放大器放大倍数为20倍),压电陶瓷执行器输出位移的最大绝对误差和非线性度分别为1.25μm和2.37%;当前馈线性化控制器的输入控制电压为频率0.5 Hz幅值递增的三角波电压时,压电陶瓷执行器输出位移的最大绝对误差和非线性度分别为1.80μm和3.06%。采用DSP实现的前馈线性化控制器能够较好地实现压电陶瓷执行器输出位移与输入控制电压之间迟滞关系的线性化,而且由于是开环控制,成本较低。     

基于LMI的压电智能板的H∞振动控制

研究了压电智能板结构的H∞振动控制问题,推导出其有限元运动微分方程并对其进行解耦,在状态空间中利用最小实现和平衡降阶法对其进行降阶处理.基于线性矩阵不等式(LMI)方法,针对压电智能板结构设计了次优H∞状态反馈控制器和最优H∞状态反馈控制器.以智能悬臂板结构为例,设计了相应的控制器.仿真结果表明,此方法成功地实现了压电智能板结构对干扰的抑制.     

压电式六维加速度传感器实时信号处理系统

为了实现基于9-SPS冗余并联机构的压电式六维加速度传感器的实时测量,研究并设计了一种基于FPGA和DSP的实时信号处理系统.该系统以FPGA为控制器对各种外设进行控制,以DSP实现加速度解算算法.该系统对9通道电荷放大器进行智能控制并对其输出信号同步采样,显示和存储计算得到的被测对象六维加速度信息.经过验证,该实时信号处理系统在传感器工作频率范围内能够满足实时性要求,而且操作简单,使用方便,具有良好的人机交互界面.     

基于DSP的仿蚯蚓移动机器人控制系统硬件设计

在对仿蚯蚓移动机器人运动规划及其驱动器的工作原理研究的基础上,设计了基于DSP的机器人运动控制系统硬件电路.采用模块化的设计思路,以DSP为核心模块,外围电路扩展了D/A、A/D、RAM电路,主要的控制信号由可编程逻辑器件CPLD实现,DSP与上位机及外围扩展电路之间的通讯通过DSP的SCI以及McBSP和SPI等接口实现.基于DSP的数字控制方式,不需要采用复杂的模拟电路,对噪声信号有较强的抗干扰能力,提高了系统的可靠性.     

基于公理化设计的可编程序控制器控制系统设计方法

为提升可编程序控制器控制系统设计的系统性和科学性,提出了基于公理化设计原理的可编程序控制器控制系统的设计方法,并建立了设计过程模型.该过程模型把可编程序控制器控制系统设计分为系统层设计和软件层设计两个设计层次,每个层次都基于公理化设计理论进行设计.两个设计层之问通过层级映射关系进行连接,实现了公理化设计理论与可编程序控制器控制系统传统设计知识的有效结合.最后通过实例验证了该方法的可行性.     

压电式自感知微驱动器的研究

利用压电材料具有正逆压电效应的特性,设计制作了压电式自感知微驱动器,同时实现了在一个器件中传感与驱动两种功能.通过Matlab软件仿真和实验,对该方法的正确性和可行性进行了验证,结果显示该方法可行,效果良好.     

基于FEM的超声电机设计研究

超声电机是机械学、电学、声学、材料学等多学科融合的产物,在进行超声电机的设计时,利用FEM软件ANSYS建立了电机的模型,并进行了模态分析和谐响应分析,优化改进了初始结构.通过样机试验验证,对FEM软件中的超声电机建模和分析设置提出了相应的改进,结果证明利用FEM软件设计的超声电机原理可行.     

电磁轴承数字控制器模拟化设计方法及验证

着重介绍了数字控制器的模拟化设计方法,包括控制系统改进PID算法的离散化、整个系统的仿真和相应程序的实现.在原有模拟控制系统的基础上,设计了一种新的数字控制器,并运用设计出的数字控制器,对磁悬浮分子泵进行控制,实现了磁悬浮分子泵轴向单自由度的稳定悬浮.     

三维纳米定位微动平台的设计与分析

进行了一个用于微细电火花加工的三维精密运动平台设计.对平台的传动方式、布局结构、通信模块等关键环节进行了详细分析,并进行了平台搭建工作,在此基础上测试了平台的性能.试验结果表明,该机构的动态性能和稳态性能良好,实现的双向步进运动可以达到纳米至微米量级的定位精度.     

集成式6自由度微动并联机器人系统

基于机构、驱动、检测一体化的思想,研制出了压电陶瓷驱动的6自由度集成式并联微动机器人,对该机器人的机构、驱动、检测、控制及误差补偿方法进行了研究.采用6自由度(6-SPS)并联结构设计了微动并联机器人的构型,对结构参数进行了优化,并进行了运动空间分析和刚度分析.基于模块化设计思想将压电陶瓷驱动电源、微位移传感器检测电路、中央控制器组合在一起,通过自定义的内部总线相连构成了并联机器人的驱动和控制系统.最后,给出了该机器人位姿测量方法,并分别在压电陶瓷的开环与闭环控制状态下进行位姿测量,进而实现误差补偿.实验结果表明:该并联微动机器人可实现10 nm平动重复定位精度;0.0001°转动重复定位精度;具有定位精度和可靠性高,使用灵活方便的特点,满足多自由度精密定位的要求.     

Fuzzy time-optimal controller (FTOC) for second order nonlinear systems

The motivation behind this paper is to seek alternative techniques to achieve a near optimal controller for non-linear systems without solving the analytical problem. In classical optimal control systems, the system states and optimization co-state parameters generate a two-point boundary value problem (TPBVP) using Pontryagin’s minimum principle (PMP). The paper contributes a new fuzzy time-optimal controller to the existing fuzzy controllers which has two regular inputs and one bang-bang output. The proposed controller closely approximates the output of the classical time-optimal controller. Further, input membership function are tuned on-line to improve the time-optimal output. The new controller exhibits optimal behaviour for second order non-linear systems. The rules are selected to satisfy the stability and optimality conditions of the new fuzzy time-optimal controller. The paper describes a systematic procedure to design the controller and how to achieve the desired result. To benchmark the new controller performance, a sliding mode controller is used for guidance and comparison purpose. Simulation of three non-linear examples shows promising results. The work described here is expected to incite researcher’s interest in fuzzy time-optimal controller design.     

Fuzzy surface-based sliding mode control

A new controller based on a combination of Sliding Mode Control and Fuzzy Logic is proposed. The conventional sliding surface is modified using a set of fuzzy rules. This combination confers controller robustness and flexibility. A neutralization process and a mixing process are used to compare the performance of the new controller to that of a conventional sliding mode controller and a PID controller.     

一种提高转矩控制系统性能的新型控制器

在传统异步电机转矩控制策略的基础上,将自抗扰控制器 (ADRC) 的核心环节--扩张的状态观测器 (ESO)引入速度环调节器,构造了一种基于ESO的新型控制器.建立了常规转矩控制系统和采用新型控制器转矩控制系统的仿真模型,并对仿真结果进行分析比较.仿真结果表明,采用新型控制器能有效改善直接转矩控制系统的性能,提高了系统运行的可靠性.新型控制器结构简单,易于实现.     

一种新的控制方法在主汽温控制中的应用研究

针对电厂中主汽温控制系统具有大滞后，非线性的特点,提出了一种基于Smith预估器的单神经元PSD自适应控制算法．即由Smith预估器和单神经元PSD自适应控制器组合的复合控制。仿真结果表明,这种控制方式具有较好的自适应性和鲁棒性。     

一类切换模糊PID控制器设计及其仿真

提出了一类高动态性能切换模糊PID控制器设计方法.通过对传统PID控制中比例控制和微分控制作用的分析,结合模糊PID控制器鲁棒性能和自适应性好的优点,设计了一类新的模糊控制器.由于该类控制器先后经历比例控制,微分控制和模糊PID控制的切换,使被控系统不仅具有一般模糊PID控制器的所具有的良好的鲁棒性能和自适应性,而且与一般模糊控制器相比具有更小的超调量和调节时间,是一类动态性能良好的控制器.最后将该控制器应用于一伺服系统进行仿真对比,并给出了Simulink仿真框图.仿真结果说明了该控制器的优越性.     

Interval type-2 fuzzy PID controller for uncertain nonlinear inverted pendulum system

In this paper, the interval type-2 fuzzy proportional–integral–derivative controller (IT2F-PID) is proposed for controlling an inverted pendulum on a cart system with an uncertain model. The proposed controller is designed using a new method of type-reduction that we have proposed, which is called the simplified type-reduction method. The proposed IT2F-PID controller is able to handle the effect of structure uncertainties due to the structure of the interval type-2 fuzzy logic system (IT2-FLS). The results of the proposed IT2F-PID controller using a new method of type-reduction are compared with the other proposed IT2F-PID controller using the uncertainty bound method and the type-1 fuzzy PID controller (T1F-PID). The simulation and practical results show that the performance of the proposed controller is significantly improved compared with the T1F-PID controller.     

神经网络自适应PID在开关磁阻电机中的应用仿真

介绍了一种基于神经网络的自适应PID控制器,其运用神经网络和BP算法在线调整PID参数,并把此控制器和传统PID控制器组合成一个复合控制器应用于开关磁阻电机调速系统中.仿真结果表明,与传统的数字PID控制器相比,该复合控制器具有更好的自适应性和鲁棒性.     

A new optimal sliding mode controller design using scalar sign function

This paper presents a new optimal sliding mode controller using the scalar sign function method. A smooth, continuous-time scalar sign function is used to replace the discontinuous switching function in the design of a sliding mode controller. The proposed sliding mode controller is designed using an optimal Linear Quadratic Regulator (LQR) approach. The sliding surface of the system is designed using stable eigenvectors and the scalar sign function. Controller simulations are compared with another existing optimal sliding mode controller. To test the effectiveness of the proposed controller, the controller is implemented on an aluminum beam with piezoceramic sensor and actuator for vibration control. This paper includes the control design and stability analysis of the new optimal sliding mode controller, followed by simulation and experimental results. The simulation and experimental results show that the proposed approach is very effective.     

新型摩擦焊接控制器的研究

分析了摩擦焊接机床的传统控制系统的缺点，论述了以工业ＩＰＣ计算机及通用操作系统为平台的新型焊接控制器的优点，给出了实现以这种平台为基础的新型控制器的体系结构及发展方向。     

一种新型仪器用液晶显示控制器芯片的设计

针对液晶显示控制器SED1335的局限提出一种新的仪器用液晶控制器芯片的设计.该显示控制器内置双显示缓冲设计,显示缓冲采用双层映射,显著提高了显示数据的更新率,增加了显示数据的更新量.新型液晶控制器芯片逻辑用VHDL语言设计,编译形成IP核后,配置下载到低功耗FPGA芯片XC3S400中.这种液晶控制器芯片应用在手持数字存储示波器的显示模块中解决了液晶显示内容闪烁和波形更新率低的问题.