基于零相位误差跟踪的直线伺服系统重复控制

永磁直线同步电动机(PMLSM)伺服系统在跟踪周期性输入时,PMLSM的端部效应和摩擦力所造成的周期性推力波动影响系统的跟踪精度。同时,电动机本身所存在的响应滞后会造成输入与输出之间的相位差,影响系统的跟踪性能。为达到零相位误差跟踪的目的,速度控制器采用伪微分前馈反馈(PDFF),位移控制器采用零相位误差跟踪重复控制(ZPETRC),将重复控制(RC)和零相位误差跟踪控制(ZPETC)相结合,重复控制用以抑制周期性跟踪误差,零相位误差跟踪控制用以减小系统的相位差,实现对周期性输入信号的精确跟踪。理论推导与仿真结果表明,该控制方案有效地抑制PMLSM伺服系统的周期性跟踪误差,补偿了时间滞后所造成的相位误差,使系统对周期性输入信号具有良好的跟踪特性。     

基于零相位误差跟踪控制器的轮廓误差交叉耦合控制

针对高精密轮廓加工，在分析系统轮廓误差的基础上，通过减小跟踪误差来间接减小轮廓误差，提出了将交叉耦合控制器和零相位误差跟踪控制器相结合的控制策略。交叉耦合控制器用以增加各轴之间的匹配程度，以减小轮廓误差；零相位误差跟踪控制器作为前馈跟踪控制器，提高了快速性，使系统实现准确跟踪。仿真结果表明所提出的控制方案是有效的，能达到良好的轮廓跟踪效果，从而提高了轮廓加工精度。     

通过直线伺服鲁棒跟踪控制方法提高轮廓加工精度

为了减小零件加工的轮廓误差,提出了一种采用直线伺服驱动的零相位跟踪控制器(ZPETC)和干扰观测器 (DOB)相结合的鲁棒跟踪控制策略。零相位误差跟踪控制器作为前馈跟踪控制器,提高了快速性,使系统实现准确跟踪;基于干扰观测器的鲁棒反馈控制器补偿了外部扰动、未建模动态、系统参数变化和机械非线性等不确定因素,并根据预测到的干扰信息对各轴进行补偿以消除干扰对系统的影响,从而保证了系统的强鲁棒性能。仿真结果表明所提出的控制方案是有效的,既能实现完好跟踪,又有较强的鲁棒性能,从而提高了轮廓加工精度。     

点位控制数控系统的前馈控制器设计及运动轨迹规划

针对点位控制仅对定位精度以及调节时间有所要求的情况 ,本文从零相位误差跟踪算法出发 ,证明了零相位误差跟踪算法在阶跃输入下的无差性 ,并将之用于点位控制前馈控制器设计 ,以提高定位精度和快速性。在此条件下 ,为适应高速加工的需要 ,给出了一种既快速又稳定的运动轨迹。仿真结果表明 ,与传统的控制相比较 ,零相位误差跟踪前馈控制器用于点位控制能显著提高系统的定位快速性与运动平稳性。     

非最小相位系统自适应模型逆技术研究

针对非最小相位系统中的轨迹跟踪控制问题,基于非最小相位系统的闭环注入体系结构,对非最小相位系统的前馈控制器设计方法、模型逆技术以及自适应控制进行了研究。首先,采用非最小相位零点忽略技术、零相位误差跟踪控制技术和零幅度误差跟踪控制技术设计了系统的前馈控制器,并对3种模型逆技术进行了分析;在此基础上针对系统中非最小相位零点的偏移问题,采用遗忘因子最小二乘法实现了前馈控制器的自适应;最后进行了仿真和试验。研究结果表明:相对于使用零相位误差跟踪控制技术和非最小相位零点忽略技术,采用零幅度误差跟踪控制技术设计的前馈控制器能够更有效地提高非最小相位系统的跟踪精度,系统的轨迹跟踪误差分别减少了61.45%和56.27%;使用自适应算法能够实现对系统参数变化的自适应控制,提高了系统的抗干扰性能。     

高速雕刻头的零相位误差跟踪控制研究

针对凹版印刷电子雕刻制版设备中关键零部件的控制问题,对工作频率为8 000 Hz的雕刻头进行了零相位误差跟踪控制研究。基于DSP和FPGA,开发了伺服刷新周期为1μs的实时运动控制平台,建立了双质量-弹簧系统动力学模型,采用扫频方法获得了系统幅频和相频响应特性;基于子空间方法,建立了精确数学模型,并基于系统数学模型,提出了采用低通滤波器限制控制器输出的零相位误差跟踪控制;通过仿真确定了低通滤波器带宽。研究结果表明:该控制器改善了系统的阶跃响应动态特性,提升了系统响应速度,系统上升时间减少了25μs;并抑制了谐振振动,验证了该控制算法的有效性和工程可实现性。     

基于时钟同步的网络化运动控制策略研究

网络化运动控制系统(Networked Motion Control Systems，NMCS)是运动控制器与数字智能驱动器通过串行通信网络相连的控制系统。NMCS需要通过控制网络在控制器和各个运动部件之间高频率、低延迟和实时地交换控制和传感数据，以保证控制的高速度和高精度。串行控制网络本质上是有限带宽和异步的，这是网络化控制应用所面临的主要障碍。在中国国家自然科学基金重点项目《网络环境下的数字制造理论与关键技术》资助下，提出基于预测控制和网络时钟同步解决方案。 讨论网络同步在多轴协调运动控制中的作用，提出一种基于网络时钟同步的分布式插补方法。通过分析网络延迟对单轴跟踪控制性能的影响，提出基于时间戳和预测控制的补偿方法。对固定网络延迟，采用Smith预估器加以补偿，并应用零相位误差跟踪控制和Youla参数化改善其动态特性和鲁棒性。对随机时变网络延迟，采用广义预测控制算法和报文缓冲机制加以补偿。仿真和实验结果证明算法的有效性。     

扫描干涉光刻机的超精密移相锁定系统

扫描干涉光刻机移相锁定是实现大面积高精度全息光栅曝光拼接的关键之一。为了实现大面积高精度全息光栅高精度曝光拼接,针对扫描干涉光刻机步进扫描拼接轨迹,重点开展了移相锁定系统的研究。在零差移频式相位锁定分系统和外差利特罗式光栅位移测量干涉仪的基础上,阐述了扫描干涉光刻机的新型移相锁定系统原理。针对新型的移相锁定系统原理,构建了移相锁定控制系统实验装置。最后,基于移相锁定控制实验装置,针对移相锁定定位性能,开展了移相锁定定位控制实验以及影响控制精度的因素分析,实现了±3.27nm (3σ,Λ=251nm)的定位控制精度;针对移相跟踪控制性能,在移相跟踪控制精度实验分析的基础上,利用陷阱滤波PID控制实现了±4.17nm(3σ,Λ=251nm)的跟踪控制精度。     

旋转机械阶比分析中的零相位跟踪滤波法

提出了一种用零相位数字滤波实现阶比跟踪滤波的新方法，与传统的以硬件实现的阶比跟踪滤波方法相比，该新方法有无需跟踪滤波硬件、用纯软件的方法实现和对原始采样信号不产生相位移动等优点。详细讨论了这一方法的理论依据和算法，在算法中提出了数据分段重叠滤波方法，有效地抑制了一般分段数字滤波产生的边缘效应。仿真试验和实际测试验证了方法的正确性和有效性。     

基于最少拍无波纹的零相位误差跟踪控制在精密直线位移装置中的应用

为使精密直线位移装置控制系统的输出响应能够准确而且快速地跟踪输入指令,同时消除由直接驱动带来的负载扰动、切削力波动等因素对系统性能造成的不利影响,针对用于非圆截面零件数控车削的精密直线位移系统,提出一种基于最少拍无波纹控制的零相位误差跟踪控制(Zero phase error tracking control,ZPETC)方案.该方案既能消除不稳定零点导致的系统相位误差,又能提高系统的响应速度.仿真结果表明,基于最少拍无波纹控制的ZPETC方法,有效地改善系统的跟踪性能.系统对于正弦信号的稳态跟踪误差可以达到±0.5 μm,其阶跃响应准确且速度快.与一般精密直线位移装置的控制方法相比,此方法能提高系统的跟踪精度,同时具有良好的抗干扰能力,具有广泛的应用前景.     

火电机组单神经元非线性控制方法研究

把非线性逆系统原理和单神经元自适应PID控制相结合,设计出一种新的非线性输出跟踪控制器。针对火电单元机组模型,首先用逆系统原理对该模型求取稳定逆的解,然后用单神经元自适应PID作为该系统的反馈控制器。在不同负荷下的仿真结果表明,该控制系统具有很好的抗干扰、快速响应以及稳定跟踪能力。     

电机控制器性能测试方法研究与改进

电机控制器作为电动汽车控制系统的核心部分,其性能优劣关系到整车性能的好坏。然而现有的电机控制器性能测试方法比较单一,且试验结果不能够真正反映出控制器的真实性能。针对这一问题,论文根据电动汽车的实际需要以及使用条件等,提出了一系列关于电机控制器测试的新方法。     

电液伺服系统位置跟踪平整度控制策略研究

为提高电液伺服系统位置控制跟踪精度，提出一种基于平整度设计方法的控制策略，该设计方法不需要对系统状态变量求导，因而，传感器测量噪声及未建模特性不会被放大，进而可以提高电液伺服系统位置跟踪精度，并且控制方法的设计过程简易；为验证提出的控制器的有效性，搭建了电液伺服系统实验台，对提出的控制策略进行了实验研究，结果证实，与反步控制器及传统的PI控制器相比，提出的控制器能更有效地提高了电液伺服系统位置跟踪精度。     

基于粒子群算法液压伺服系统PID参数的优化

PID控制器在液压伺服系统中得到广泛的应用。为了有效地寻找液压伺服系统的最佳PID控制器参数,提出一种基于粒子群算法的PID参数优化策略。通过建立PSO-PID控制器参数模型,对PID控制器的参数进行实时优化;利用MATLAB对系统进行仿真,结果显示在液压伺服系统的工况相同时．新型控制器能取得满意的控制效果。     

基于矢量场法的无人机三维路径跟踪控制

为实现固定翼无人机自主跟踪预定的三维路径,提出了一种基于矢量场法的三维路径跟踪算法.建立了固定翼无人机的运动学模型,并介绍了用于三维路径跟踪的矢量场法,分别推导得出了直线路径和螺旋线路径跟踪所需的期望速度矢量,得到跟随路径所需的期望航向角和航迹角,为无人机横向通道控制和纵向通道控制提供输入,将无人机引导到预定的轨迹上.此外,针对航段切换问题,提出了一种基于圆角几何的切换策略,采用螺旋线来拟合相邻航段,根据无人机是否通过半平面作为切换准则,实现无人机平滑过渡相邻航段.通过仿真实验评估该算法在不同初始条件下的性能,结果表明该方法能使无人机跟踪预定的三维路径,且具有良好的跟踪性能.     

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.     

在线的控制系统性能评价与监测方法的研究

控制系统性能评价与监测是工业过程控制中一个具有挑战性的任务．可以提高工业过程的性能。这篇论文提出了利用闭环操作数估计控制系统性能的好坏．结合目前控制系统性能评估的现状．提出的监测方法关心的是降低可调整回路的方差。估计现有的控制系统的输出方差，与最小方差控制相比较，来评价现有控制系统的性能。     

基于自适应滤波器的最小方差性能评价方法

控制器性能评价是工业过程控制中的重要研究课题,工业应用结果表明:性能评价技术可以有效提高工业过程的性能。这篇论文基于最小方差准则来评价控制器的性能,在具体评价过程中提出了使用自适应滤波器,通过训练建立系统输出和噪声的自适应线性系统模型,实验结果证明,自适应滤波器技术在控制器性能评价中是一种简单的实现方法。     

模糊自适应PID控制器在液压伺服系统的应用

将模糊控制器和PID控制器结合在一起,利用模糊控制实现了PID控制器参数在线自调整,进一步完善了PID控制器的性能,提高了液压伺服系统的控制精度.实验与仿真结果表明:模糊自适应PID控制器,具有良好的动态、稳态性能以及较强的鲁棒性.