新型锻造操作机主运动机构控制系统设计(邀请论文)

基于运动链图拓扑图库,提出一种新型六自由度前后双提升驱动锻造操作机工作装置.该装置不仅可以控制夹钳提升的同步性,还能更好地适应偏载工况.基于虚功原理建立了该新型锻造操作机主运动机构的动力学模型,并结合液压缸系统模型,设计模糊PID控制器实现对锻造操作机夹钳末端的运动跟踪.对夹钳在竖直平面运动进行轨迹规划并确定运动过程中液压驱动各单元所需提供的驱动力.基于Matlab/Simulink平台搭建控制系统仿真模型,在给定负载情况下,分别对夹钳的竖直提升运动、水平运动以及俯仰运动进行仿真分析,得到系统单位阶跃响应与正弦响应跟踪曲线及误差曲线.研究结果表明:基于该新型锻造操作机,采用模糊PID控制器能够快速、精确地获得新机构的性能参数并高效地完成跟踪,使系统保持良好的稳态性能与动态特性.     

电液力伺服系统控制策略的半实物仿真

通过在半实物仿真环境中进行模型辨识试验,获得电液力伺服系统的辨识模型.为了改善电液力伺服系统的控制性能,设计了一种复合模糊PID控制器.这种控制器结合了经典PID控制器和带有自调整修正因子的模糊控制器的优点,并加入了前馈校正.为了避免由于两种控制方式相互切换时造成的不良扰动,采用了模糊切换的方法 .通过在电液伺服试验台上对所设计的复合模糊PID控制器进行半实物仿真实验,并对比PID控制器和传统模糊控制器的实验控制曲线,验证了复合模糊PID控制器的可行性和控制性能.同时在负载刚度和质量变化时进行了半实物仿真实验,实验结果表明,复合模糊PID控制器不仅改善了稳定性和速度,并具有良好的实时性.     

船用柴油机数字式电子调速器建模与仿真

针对PID控制器在柴油机调速系统中存在的不足,本文以Matlab／Simulink软件为平台,建立了6135型柴油机离线仿真模型,并将模糊控制与PID控制相结合,提出一种比较完善的模糊PID控制器参数自整定算法。仿真结果表明,采用经典PID控制,瞬态调速率一般不小于7％,而在模糊PID控制下柴油机突卸或突加100％负荷,其瞬态调速率为5．4％,明显好于单一的PID控制。模糊自整定PID控制器使柴油机的控制效果提高显著,尤其在克服扰动方面效果明显。     

H型精密运动平台交叉耦合模糊PID同步控制

针对双直线电机驱动的H型精密运动平台由于永磁直线同步电机参数变化和扰动等不确定因素致使两边的运动不同步问题,提出一种交叉耦合模糊PID控制方法.在单轴中采用模糊PID控制作为位置控制器,速度控制器用普通的PI控制,以保证单轴跟踪精度;双轴间引入交叉耦合控制方法,消除双电机之间存在的机械耦合,进而减小了双轴间的位置同步误差.结果表明,将交叉耦合与模糊PID相结合的控制方法能够使H型精密运动平台的同步误差收敛于零,并且使系统具有较好的跟踪性能与鲁棒性.     

滑模控制器控制降压型直流-直流转换器

针对脉冲宽度调制器控制降压型直流-直流（DC-DC）变换器采用常规的比例积分微分（PID）控制方法存在抖动和延迟等问题,提出一种基于滑模修正PID控制策略的DC-DC变换器实现方法.在分析滑模控制理论的基础上,利用线性矩阵等式方法来建立DC-DC转换器的状态空间数学模型,设计滑模PID控制器,构造全局滑模面调整PID控制器输出参数,并用李雅普诺夫函数验证了滑模PID控制器的可靠性.在电感电流连续工作模式下,用不确定性负载的线性平均模型进行了仿真.结果显示：证明所提出的滑模PID控制器不但提高系统对不确定负载的适应性,而且增强了系统在大信号扰动时的鲁棒性,使转换器输出电压有优越的鲁棒性及良好控制性能.     

宽幅喷墨打印机字车机构运动及控制联合仿真

为在设计全过程中能对打印机字车系统的运动及控制系统的性能进行验证,从而设计出性能优异的字车系统,加快设计进程,在Adams中建立了字车机构的虚拟样机,在Simulink中建立控制模型,应用Adams/Controls插件联合Adams和Matlab对字车机构进行机构运动和控制的协同仿真。对字车机构的速度控制采用模糊PID控制方法,应用Matlab模糊逻辑工具箱建立模糊PID控制器,利用模糊控制规则在运行的过程中动态地改变PID控制参数。结果表明,应用模糊PID控制可以达到很好的控制效果,展示了对复杂机电一体化系统进行联合仿真的一般方法。     

滑模控制器控制降压型直流\|直流转换器

针对脉冲宽度调制器控制降压型直流\|直流（DC\|DC）变换器采用常规的比例积分微分（PID）控制方法存在抖动和延迟等问题,提出一种基于滑模修正PID控制策略的DC\|DC变换器实现方法.在分析滑模控制理论的基础上,利用线性矩阵等式方法来建立DC\|DC转换器的状态空间数学模型,设计滑模PID控制器,构造全局滑模面调整PID控制器输出参数,并用李雅普诺夫函数验证了滑模PID控制器的可靠性.在电感电流连续工作模式下,用不确定性负载的线性平均模型进行了仿真.结果显示:证明所提出的滑模PID控制器不但提高系统对不确定负载的适应性,而且增强了系统在大信号扰动时的鲁棒性,使转换器输出电压有优越的鲁棒性及良好控制性能.     

微小型工业汽轮机智能交流伺服调节系统研究

为了解决微小型工业汽轮机组调节控制系统设备简陋,动态响应和稳态精确度差的问题,提出了一种采用交流伺服电机和模糊PID控制的自动调节系统．在对调节系统部件特性数据进行分析的基础上,应用机理分析法建立了工业汽轮机交流伺服调节系统的数学模型,建立了以模糊PID控制和常规PID为主的控制器仿真模型,并利用MATLAB（SIMULINK）进行了动态仿真．结果表明,采用交流伺服电机作为执行器比传统的机械式调节系统具有更优良的动态和稳态性;采用模糊PID控制策略的调节系统在减少调节时间、改善动态品质方面均好于常规PID调节器．为工业汽轮机交流伺服调节系统的进一步研究提供了理论基础．     

小型四旋翼飞行器位姿建模及其仿真

为了研究多旋翼飞行器的位姿控制,以开源硬件pixhawk搭建的四旋翼飞行器作为研究对象,建立其位置和姿态运动学和动力学模型。在简化系统模型的基础上,以姿态控制作为位置控制的内回路,位置控制作为外环主回路,设计双闭环串级模糊PID控制器。在Matlab/Simulink平台上对系统模型进行仿真验证。仿真实验结果表明,模糊PID控制器比PID控制器具有动态响应更快、控制稳定性更好的优势。该模型和模糊PID控制器能有效实现飞行器的位置控制。     

进给伺服系统模糊自整定控制建模与仿真

分析了模糊自整定PID控制器的特点,建立了二输入三输出的单变量二维速度环自整定模糊控制器,并将建立好的模糊PID控制器与数控机床进给伺服系统结合起来,构成了数控机床进给伺服系统模糊PID控制系统仿真模型,仿真结果表明,模糊自整定控制系统具有比普通PID控制系统更好的控制性能。     

滚珠丝杠副的增益模糊自适应双幂次趋近律滑模控制

为了提高滚珠丝杠副激光切割平台的切割速度控制性能,本文基于双幂次滑模趋近率和模糊控制原理,设计了一种增益模糊自适应双幂次滑模趋近率控制器。考虑到滚珠丝杠副存在各种轴向振动与扭转振动,采用集中参数方法建立了滚珠丝杠副运动系统的拉格朗日动力学模型,同时摩擦力的高度非线性对高精度的控制系统存在较大的影响,因此引入了Stribeck摩擦模型估计摩擦力;由于传统双幂次滑模趋近率控制器存在抖振,引入饱和函数代替符号函数,在一定程度上抑制了控制系统的抖振;针对传统双幂次滑模趋近率控制器的控制增益的动态调整性能不足,即固定增益很难保证激光切割的最佳动态控制效果,分析并建立了激光切割深度、速度与双幂次滑模趋近率控制增益之间的模糊关系,以激光切割深度作为自适应参考依据,采用基于模糊规则表的模糊控制器自适应调整控制增益,增强了系统的鲁棒性和自适应性;经过与PI控制器和传统双幂次滑模趋近率控制器进行仿真实验比较,结果表明本文所提出的控制方法不仅解决了控制系统超调问题,而且提高了系统的响应速度和鲁棒性,有效地削弱了系统的抖振;同时搭建激光切割实验室平台,通过在滚珠丝杠副激光切割平台上的激光切割实验,发现最佳的激光切割深度范围为电池片厚度的1/2-2/3,最佳的激光切割速度为200mm/s。在此基础上,采用PI控制器、传统双幂次滑模趋近率控制器和本文所提出的控制方法进行电池片激光切割,实验结果表明,通过对比分析由金相显微镜获得的切割后电池片的切缝图像,由本文所提出控制方法所得的电池片切缝平整,验证了本文所提控制方法在激光切割速度控制性能上的优越性。     

基于DSP他励直流电机模糊PID控制器仿真研究

针对他励直流电机调速系统参数模型的非线性、时变性,常规PID控制器参数离线整定带来的非优化的问题,提出一种基于DSP的模糊PID控制器算法,以电流反馈误差及误差的变化率作为模糊控制器的输入变量,采用参数自整定的模糊PID控制器实现PID参数在线优化。以DSP开发系统作为仿真平台,将他励直流电机传递函数转换为差分方程,构成基于模糊PID控制器的数字闭环他励直流电机仿真系统。利用DSP高速运算能力进行在线仿真,观察常规PID控制器和模糊PID控制器产生的系统输出波形。CCS2.0和MATLAB仿真实验表明：模糊PID控制器基本实现输出无超调,系统阶跃响应的上升时间和调整时间均比常规的PID控制器阶跃响应的小。模糊PID控制器应用于他励直流电机调速系统中,控制性能明显高于基于常规PID的调速系统。     

核电站冷却剂平均温度系统的模糊PI并行控制研究

为了对冷却剂平均温度控制系统进行优化,设计了模糊PI并行控制器。研究了控制棒（R棒）棒速输入下的冷却剂平均温度特性并基于棒速进行控制器的设计。为了优化控制品质以及减少调节时间,引入先进控制算法进行控制方案的优化。根据秦山二期核电站相关数据建立冷却剂平均温度被控对象模型,采用模糊控制与PI控制并行切换的方法,以弥补模糊控制在被控量小范围变化下精度不高以及PI控制难以提升控制速度的缺陷。最后与传统PI控制效果进行了比较,结果表明,所提的冷却剂平均温度模糊PI并行控制系统响应速度更快,具有良好的控制性能。     

直驱式永磁同步风电系统变桨距控制算法研究

以直驱式永磁同步风电系统为研究对象,在各部分数学模型的基础上,建立了整个风电系统的模型。基于此模型,考虑到风电机组非线性强、转动惯量大导致变桨距控制困难的问题,提出了基于模糊自适应PID和模糊前馈结合的变桨距控制算法并对该算法进行了仿真。仿真结果表明,当风速高于额定风速时,该控制算法能有效地控制风电机组的输出。最后在相同风速条件下比较了该控制算法与模糊控制算法、传统的PID控制算法的控制效果。比较结果表明,当风速高于额定风速时,虽然3种控制算法均能控制风电机组的输出,但是与模糊控制算法和传统的PID控制算法相比,本文提出的算法具有更好的稳定性和动态特性。     

发电用重型燃气轮机的模糊自适应控制

为了克服传统PI控制器的不足，满足燃气轮机对高品质控制性能的要求，对常规PI控制算法进行分析，找出了常规PI控制器不能获得最佳控制效果的原因．同时通过对模糊自适应控制的原理和燃气轮机运行过程的分析，并结合专家经验得出燃气轮机模糊PI控制规律，设计出了透平转速和燃气轮机排气温度的模糊自适应PI控制器．仿真试验结果证实模糊自适应控制器可以提高燃气轮机的性能，而且实现方便——只要在原系统上增加一个微处理器，完成模糊计算即可．     

直流无刷电机的模糊PI速度控制

在分析无刷直流电机数学模型的基础上,将模糊控制与传统的PID控制相结合,设计了模糊PI无刷直流电机速度控制器,并应用于调速伺服系统.仿真实验表明,用模糊PI控制器代替普通的PI控制器,可以使BLDC的整体性能得到显著改善,是高性能BLDC调速系统开发的一个重要方向.     

基于遗传模糊算法的足球机器人射门动作控制

为了提高足球机器人的射门成功率，给出了一种基于遗传模糊算法的足球机器人射门实现方法。通过建立一个多输入多输出模糊控制器，用一套模糊控制规则控制足球机器人在实时、动态环境中完成射门动作，并采用遗传算法优化模糊规则和隶属度函数，增强了模糊控制系统适应动态变化环境的能力。考虑了轮式移动机器人的运动模型，将更符合实际情况的左右轮速度作为模糊规则内输出。在仿真和全局视觉足球机器人平台上对该算法进行了验证，实验结果证明了方法的正确性。     

基于FPGA的模糊控制器的设计

为提高模糊控制器的推理速度,研究了一种以FPGA(FLEX10k20)为核心器件,通过VHDL语言设计的两输入单输出模糊控制器的方法.阐述了知识库存储、模糊化、模糊推理以及逆模糊化模块在FPGA中的设计方法.该模糊控制器的推理过程既有并行又有串行,推理速度可达375 KLFIPS,可用到各种实时性要求高的模糊控制系统中.     

基于永磁同步电机的电梯速度控制器研究

设计一种基于自适应模糊神经网络原理的永磁同步电机电梯曳引机速度控制器.这种控制器具有神经网络自学习能力和模糊控制器处理不确定信息的能力.网络初始参数通过离线训练方式获得,从而实现对电机速度的智能控制.将模糊神经网络(fuzzy neural network control,FNNC)速度控制器与常用的PI控制、模糊PI控制方式对比进行仿真研究.研究表明,采用自适应模糊神经网络的控制器比另外两种方法更具有良好的鲁棒性和动态性能.