速率陀螺反馈稳定平台隔离度影响因素分析

针对速率陀螺反馈稳定平台,推导了隔离度指标的理论计算公式,详细分析了影响隔离度的各个因素,并给出了仿真结果,可供实际设计稳定平台时参考。     

航空光电成像平台角位置陀螺和角速率陀螺的稳定效果分析

研究了角速率陀螺稳定平台在目标跟踪时瞄准线始终围绕视场中心做约2 Hz晃动的现象,理论推导及数值分析认为引起这一现象的原因与光电稳定平台的静态力矩刚度为0、隔离度仅为71.4 dB有关。采用基于角位置陀螺的光电稳定平台,其静态力矩刚度为1 732 Nm,隔离度提高到126 dB,可以有效地消除这种晃动。     

全方位移动机械手运动控制Ⅰ——建模与控制

针对一类由轮式驱动全方位移动平台和机械臂所组成的全方位移动机械手,首先通过对机械结构和运动特性的分析,建立一体化运动学模型,并利用拉格朗日力学法建立动力学模型,分析这两种模型的运动性质.然后根据所建立的模型,分别设计轨迹跟踪控制器,并对控制器的稳定性予以证明.在基于动力学模型的轨迹跟踪控制器中,通过结合全方位移动平台的运动学模型和全方位移动机械手的动力学模型,定量地分析移动平台运动状态对机械臂的耦合作用,并在相应的轨迹跟踪控制器中予以补偿.仿真结果不仅显示所提出两种模型的正确性和相应轨迹跟踪控制器的有效性,而且也说明所述方法可以作为一类移动机械手通用的建模和控制方法.     

基于T-S模糊控制器的光伏阵列最大功率点跟踪控制

针对光伏发电系统的非线性、强耦合、不确定特性,采用一种基于T-S模糊模型的光伏发电系统局部线性建模方法,并根据建立的局部线性模型,采用并行分布补偿(PDC)控制策略设计了光伏局部线性子系统的T-S模糊控制器增益。通过局部线性子系统的加权求和得到全局非线性系统的T-S模糊模型和模糊控制器增益。基于MATLAB/SIMULINK建立了系统动态仿真模型,仿真结果表明所设计的T-S模糊控制器用于光伏最大功率点跟踪具有可行性,同时保证了系统最大功率点跟踪具有足够的稳态精度与跟踪速度。     

直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制器设计

为了实现直线电机精密定位平台的位置和速度的轨迹跟踪控制,本文基于内模控制（IMC）的基本原理,在直线电机精密定位平台参数辨识的基础上,设计了定位平台速度环的模型状态反馈（MSF）控制器和基于位置环PID和速度环MSF的级联控制器。将PID/MSF级联控制器与速度/加速度前馈控制（VFC/AFC）相结合,构成了PID/MSF+VFC/AFC的复合轨迹跟踪控制器。该复合轨迹跟踪控制器通过整定速度前馈的增益来改善位置环偏差控制的跟踪滞后现象和动态响应,增加控制系统的稳定性和伺服精度;通过整定加速度前馈的增益在不减小级联控制器位置环增益的前提下,减小速度前馈带来的超调量,提高轨迹跟踪精度。基于MATLAB/dSPACE实时仿真控制平台,实现了某直线电机平台的轨迹跟踪控制。仿真和实验结果表明,该轨迹跟踪控制器的轨迹跟踪精度为±0.028 mm,定位精度为±4 μm,满足直线电机精密定位平台轨迹跟踪控制的要求。     

线性不确定性电液位置伺服系统的前馈补偿滑模鲁棒跟踪控制研究

针对线性不确定性系统的鲁棒跟踪控制问题,提出了一种前馈补偿滑模鲁棒跟踪控制方法,并证明了采用该方法所构成的闭环系统是李亚普诺夫意义下渐近稳定的,将该控制器设计方法应用于某结构疲劳试验机电液位置伺服控制系统,验证了所设计控制器的有效性。仿真和实时控制结果均证明：对存在不确定性的结构疲劳试验机电液位置伺服系统,应用该研究所提出的具有前馈补偿的滑模鲁棒跟踪控制器,能较有效地削弱常规VSC所固有的抖振现象,在不同的负载条件下跟踪不同频率的正弦信号均能获得良好的跟踪精度,控制器对系统的不确定性呈现较强的鲁棒性。     

光电陀螺稳定平台的分数阶控制

为了提高光电陀螺稳定平台的隔离度,改善其在速度扰动情况下的稳定精度和跟踪精度,将分数阶PIλ控制器引入到光电陀螺稳定平台的速率环控制中。首先,说明了采用常规PI控制提高系统精度的弊端,介绍了分数阶微积分和分数阶PIλDμ控制,提出采用分数阶PIλ控制器来提高控制系统的控制精度。然后,针对采用电流环的等效一阶纯积分控制对象,提出基于稳定裕度和剪切频率的设计方法,该方法同样适用于整数阶PI控制器。最后,以机载光电陀螺稳定平台为研究对象,分别采用分数阶PIλ和整数阶PI控制器进行了阶跃响应、速度扰动隔离和稳定精度的实验研究。实验结果表明,采用分数阶PIλ控制器的系统具有阶跃响应超调量小的优点,在幅值为3.14(°)/s,频率为0.5Hz的速度扰动下,速度扰动隔离度提高了约38%,稳定精度提高了约40%。实验表明,与整数阶PI控制器相比,采用分数阶PIλ控制器可在保证稳定裕度的前提下提高系统的控制精度,且与整数阶PI控制器一样具有易于工程实现的优点。     

机载全数字跟踪平台的设计

根据机载电视跟踪系统的具体情况,提出了基于PC/104嵌入式计算机构成的具有速度环和位置环的数字伺服跟踪系统,它由陀螺的负反馈完成对速度环的稳速,由编码器完成位置环的控制,并采用了一种非标准的PID控制器实现对目标的跟踪控制.实际应用表明,该控制器具有对低阶、高阶、延迟时间等能够产生自适应响应.     

机载全数字跟踪平台的设计

根据机载电视跟踪系统的具体情况,提出了基于PC/104嵌入式计算机构成的具有速度环和位置环的数字伺服跟踪系统,它由陀螺的负反馈完成对速度环的稳速,由编码器完成位置环的控制,并采用了一种非标准的PID控制器实现对目标的跟踪控制.实际应用表明,该控制器具有对低阶、高阶、延迟时间等能够产生自适应响应.     

干扰观测器与滑模控制结合的机械臂跟踪控制

为了提高机械臂轨迹跟踪的精度和速度,提出了干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪控制方法.建立了机械臂动力学模型,设计了机械臂轨迹跟踪控制方案.将机械臂受到的扰动分为可观测部分和不可观测部分,对于可观测部分,设计了干扰观测器用于估计扰动大小,依据扰动观测值对控制力矩进行补偿,主动消除可观测部分扰动的影响;对于不可观测部分,设计了非线性滑模控制器,用于减小不可观测扰动造成的跟踪误差与抖动.经仿真验证,与传统滑模控制和非线性滑模控制相比,干扰观测器与非线性滑模控制相结合的轨迹跟踪误差减小了一个数量级以上,且跟踪速度最快.     

超精密车床进给伺服系统的复合控制设计

超精密车床在非球曲面以及超光滑表面的加工中具有广泛应用.将超精密车床进给系统设计成为具有电流环、速度环和位置环的三环伺服系统结构,并根据实际伺服特性,在位置环上设计了具有速度/加速度前馈补偿的半闭环复合控制策略.通过实验数据的比较,显著提高了进给伺服系统的控制精度,减少了跟踪误差.     

基于DSP的直流伺服电机的双闭环控制系统

作为数字阀的电一转换器,电机的频率响应对数字阀的性能有非常直接的影响。为提高数字阀的动态响应,设计了直流伺服电机双闭环系统。该系统采用TMS320LF2812为控制核心,在脉宽调制（PWM）方法的基础上,加入了超前补偿网络提高电流环的带宽;采用PI控制算法实现了电机转子的精确定位。简述了实现该控制系统的硬件设计方案和软件控制策略。实验结果表明,该系统能够实现直流伺服电机的电流和位置控制,显著提高了电流环的频率响应。     

液压驱动单元位置控制系统前馈补偿控制研究

液压驱动型足式机器人在运动过程中各关节液压驱动单元（Hydraulic drive unit,HDU）多采用基于液压控制内环的外环阻抗控制方法,其中液压控制内环可分为位置闭环控制和力闭环控制。当液压控制内环采用位置闭环控制时,其位置控制性能直接决定了外环阻抗控制性能,所以,一种针对HDU的高精度的位置控制方法具有重要研究意义。针对以上研究意义,首先对HDU位置控制系统6阶数学模型进行简化,求出位置控制系统中各部分传递函数。其次,推导位置控制输入前馈补偿控制器,该控制器中含有液压系统固有非线性和负载特性。最后,在HDU性能测试试验平台上,在多种典型输入信号以及对角小跑输入信号下,对系统的位置控制性能进行试验研究并给出定量分析。试验结果表明,在不同输入信号下,加入所提出的输入前馈补偿控制器可以大幅提高系统位置控制性能,并且该控制器具有良好的多工况适应性。以上研究成果可结合相应的针对位置控制系统的抗干扰控制策略,一起为基于位置的阻抗控制液压内环控制提供控制策略重要参考和试验基础。     

一种结合扰动观测器的惯性稳定平台稳定回路设计

介绍了大型重力测量惯性稳定平台的典型陀螺稳定回路设计,在此基础上以稳定回路闭环传递函数为被控对象设计了扰动观测器,实现了扰动观测器与陀螺稳定回路的结合。进行了没有扰动观测器和带有扰动观测器的稳定回路控制仿真对比,仿真结果表明,结合扰动观测器的稳定回路,具有更好的抗低频干扰力矩和高频陀螺测量噪声的能力。     

动力调谐陀螺再平衡回路数字化的研究与实现

为克服模拟再平衡回路时由控制补偿和温度补偿引起的各种问题,研究了动力调谐陀螺仪再平衡回路的数字化设计和实现方法。采用基于DSP的SVPWM数字化方法设计了频率可调的高精度三相逆变电源,解决了传统陀螺电机电源频率调整困难、相位稳定性低、效率低等问题;基于dSPACE半实物仿真系统设计了双输入双输出频率特性分析仪,辨识出数字再平衡回路的开环离散传递函数矩阵;利用矩阵求逆法与经典控制器设计方法设计了数字解耦合校正环节,使陀螺系统能够获得更好的动态性能。实验结果表明:所设计的陀螺电机电源频率稳定性优于±1.5×10^－6,波形失真度＜5%,满足陀螺使用要求;控制后的锁定回路带宽＞70Hz,阶跃响应超调量＜5%,上升时间＜5ms,输入信号频率为10Hz时,两轴交叉耦合＜1%。在保证稳定裕度的前提下,实现了比模拟再平衡回路更好的系统动态性能,为深入研究现代控制方法在动调陀螺再平衡回路中的应用奠定了基础。     

ZERO PHASE ERROR REAL TIME CONTROL FOR FLIGHT SIMULATOR SERVO SYSTEM

Flight simulator is an important device and a typical high performance position servo system used in the hardware-in-the-loop simulation of flight control system. Without using the future desired output, zero phase error controller makes the overall system's frequency response exhibit zero phase shift for all frequencies and a very small gain error at low frequency range can be achieved. A new algorithm to design the feedforward controller is presented, in order to reduce the phase error, the design of proposed feedforward controller uses a modified plant model, which is a closed loop transfer function, through which the system tracking precision performance can be improved greatly. Real-time control results show the effectiveness of the proposed approach in flight simulator servo system.     

玻璃烫钻多头研磨机微进给结构的设计与仿真

针对研磨机对进给量控制精度不足和欠稳定的问题,根据玻璃烫钻加工工艺的要求,研究比较了进给机构,并确定了玻璃烫钻的进给方案,同时研究了机床传动链,得出了机械传递函数及固有频率,为避免共振提供了理论支持.电气控制系统采用电流环、速度环和位置环3环控制方案,通过工程整定的方法首先对电流环控制器和速度环控制参数进行了确定.在此...     

基于无矩理论的凹版印刷机运动薄膜横向振动特性及稳定性

研究了运动薄膜横向振动特性及其稳定性,以无矩理论为基础,建立了多色组印刷情况下具有中间刚性支承运动薄膜的横向振动模型。根据D'Alembert原理,建立了振动系统的运动微分方程。数值分析了薄膜的振动频率与运动速度、张力、支承位置之间的关系,结果表明中间单刚性支承薄膜振动发散失稳的临界速度为35.855 m/s。对于具有中间两刚性支承的印刷运动薄膜,薄膜轴向运动速度越低,支撑位置的变化对薄膜振动频率影响越明显。     

利用自适应卡尔曼滤波实现光电跟踪中的复合控制

为了在光电跟踪控制系统中实现复合控制以提高跟踪精度,构建了基于模型自适应卡尔曼滤波算法的复合控制结构。首先,利用跟踪脱靶量数据和仪器位置数据合成目标角位置数据;然后,利用模型自适应卡尔曼滤波算法对目标角位置数据进行滤波估计以获得目标角速度信息;最后,将目标角速度信息前馈到速度回路,从而构成复合控制系统。实验结果表明:采用复合控制结构后,目标跟踪精度提高了50%。基于模型自适应卡尔曼滤波算法的复合控制技术能够在保持原反馈控制系统稳定性的条件下提高跟踪精度。     

考虑安装基座影响的光电平台等价捷联惯性稳定控制

采用陀螺仪直接测量光电平台内部载荷的惯性角速度构建反馈,可以在运动载体上控制视轴惯性角速度,实现稳定成像。陀螺捷联惯性稳定控制能够构建前馈,有效提高系统带宽、减小控制误差,但对陀螺安装位置有要求。本文提出了在陀螺直接反馈的机械安装条件下等价捷联稳定的控制方法,并考虑平台基座约束条件建立了动力学模型。该模型显露了光电平台基座安装刚度引入的谐振问题。针对被控对象中的一对谐振和反谐振环节,基于稳定的零极点对消设计滤波器消除谐振。综合利用陀螺直接测量的框架惯性角速度和编码器测量的机械框架相对转角构建等价捷联惯性稳定回路。在等价捷联惯性稳定回路中,采用内回路干扰抑制结合基于逆模型前馈的复合控制方法,有效拓展控制带宽,提高对指令的跟踪精度和对载体姿态晃动的隔离性能。仿真和实验结果表明:该方法有效抑制了安装基座弹性约束力矩的谐振,且与陀螺直接反馈控制相比性能更优。对幅值为1(°)/s、频率为1 Hz的典型正弦角速度指令进行跟踪,均方根误差由1.75(°)/s减小到0.23(°)/s,在1 Hz处扰动隔离度由18%减小到2%。