GMA迟滞系统逆模前馈PID控制

超磁致驱动器的迟滞非线性特性是影响信号跟踪精度的主要因素.采用Duhem模型对超磁致驱动器建立频率无关的迟滞模型和逆模型,利用建立的迟滞逆模型与传递函数的相位补偿共同构成PID反馈控制的前馈环节.实验结果表明,该逆模型能够有效地降低非线性迟滞特性对超磁致驱动器位移输出精度的影响.     

机器人气动夹持力的CNN-LSTM建模估计方法

由于气动系统具有迟滞、强非线性特性，难以直接依据气压信号实现气动夹持力的有效控制，因此采用建模估计夹持力是实现无力传感器低成本控制的有效途径。为此，提出一种基于卷积神经网络(CNN)优化的长短期记忆神经网络(LSTM)低成本气动夹持力估计方法。根据工业机器人末端气爪夹持力与气路历史输入/输出有关的特点，采用了具有记忆特性的LSTM网络建立无传感器气压/压力估计模型;针对直接采用LSTM网络进行建模存在误差大的问题，利用CNN提取输入信息中气压和夹持力的非线性关系，进一步对LSTM网络结构进行优化，提高模型描述气压和夹持力之间多值对应特性与非线性迟滞特性的能力，实现气爪的夹持力有效估计。实验结果表明：相比LSTM预测模型，所提模型的建模估计与验证估计均方根误差分别减少77.14%和70.83%，最大误差分别减少79.80%和78.84%,证明了所提建模估计方法的有效性。     

电液伺服造波机模糊自适应PID前馈补偿控制研究

传统PID方法在实现电液伺服造波机位置跟踪控制时,存在精度低、适应性差等不足,无法满足造波机系统的设计需求。为改善系统控制性能,提出电液伺服造波机模糊自适应PID前馈补偿控制方法。首先建立造波机电液伺服系统的数学模型,并推导位置伺服控制系统中各环节的传递函数,然后设计了模糊自适应PID前馈补偿控制器,并运用MATLAB/Simulink实现了控制系统的设计和仿真。在造波机不同工况下,对比传统PID控制、模糊自适应PID控制和模糊自适应PID前馈补偿控制3种控制策略的仿真结果。结果表明：所提出的模糊自适应PID前馈控制方法能有效提高造波机电液伺服系统的动态性能和位置控制精度,并具有较强的自适应能力。     

气动人工肌肉并联驱动平台的模糊PID控制

气动人工肌肉是一种新型的气动执行器,具有重量轻、输出力/缸径比大等优点.设计了一种采用4根气动人工肌肉的并联驱动平台,并以高速开关阀控制气动人工肌肉实现平台的运动.为实现运动平台高精度的位置控制,针对该系统设计了模糊PID控制器,较传统的PID控制器,这种模糊控制器能够对PID的参数进行在线自动调整,因而能够满足变工况下的控制精度要求.实验结果验证了模糊PID控制器对于运动平台高精度位置控制的有效性.     

基于位置姿势控制的并联机械手运动误差仿真分析

针对并联机械手液压驱动的运动位移和角位移跟踪误差较大问题,设计了自整定模糊前馈PID控制系统,并对运动位移和角位移误差进行仿真验证。创建了液压驱动并联机械手平面简图,推导出二自由度并联机械手运动位移和角位移方程式。设计了自整定模糊前馈PID控制器,采用MATLAB软件对并联机械手运动位移和角位移跟踪误差进行仿真,并且与模糊PID控制方法进行对比。结果表明:采用模糊前馈PID控制器优于模糊PID控制器,二自由度并联机械手运动位移和角位移跟踪误差较小。采用模糊前馈PID控制器,二自由度并联机械手跟踪误差波动幅度较小,提高了并联机械手运动追踪精度。     

基于实时气象信息的智能衣架伸缩控制研究

为了提高无人状态下智能衣架自动晾晒和回收衣物的稳定性和准确性,提出一种新的基于实时气象信息的智能衣架伸缩控制方法。介绍了智能衣架工作原理。通过NHZD10光照传感器对光照情况进行感知,通过雨量传感器对雨水进行检测,给出光照和雨量传感器参数。驱动部分选用L298N电机驱动模块,当集成运放输出高电平时,电机驱动模块驱动改进粒子群前馈PID控制器,实现对智能衣架伸缩的控制。分析了前馈PID控制器的控制原理,介绍了粒子群算法,针对其早熟收敛的弊端对其进行调整,通过改进粒子群方法获取最优PID控制参数,提高控制精度,给出改进粒子群前馈PID控制器。实验结果表明：所提方法控制精度和稳定性高,抗参数失配能力强。     

基于复合控制的多余力抑制

多余力是影响被动式电液力负载模拟器控制精度的关键因素。传统的基于结构不变性原理的补偿方法,由于含有高阶微分环节因而较难实现。为此,提出了采用随动补偿环节和自适应模糊PID控制器的复合控制方法来抑制多余力。随动补偿环节是施加与多余力频率相同、幅值相反的信号。自适应模糊PID控制器在传统PID的基础上,加入模糊算法对PID控制参数进行在线修正。仿真分析与试验结果表明:复合控制方法结构简单、易实现,多余力抑制效果良好。     

基于实时气象信息的智能衣架伸缩控制研究（英文）

为了提高无人状态下智能衣架自动晾晒和回收衣物的稳定性和准确性,提出一种新的基于实时气象信息的智能衣架伸缩控制方法。介绍了智能衣架工作原理。通过NHZD10光照传感器对光照情况进行感知,通过雨量传感器对雨水进行检测,给出光照和雨量传感器参数。驱动部分选用L298N电机驱动模块,当集成运放输出高电平时,电机驱动模块驱动改进粒子群前馈PID控制器,实现对智能衣架伸缩的控制。分析了前馈PID控制器的控制原理,介绍了粒子群算法,针对其早熟收敛的弊端对其进行调整,通过改进粒子群方法获取最优PID控制参数,提高控制精度,给出改进粒子群前馈PID控制器。实验结果表明:所提方法控制精度和稳定性高,抗参数失配能力强。     

一种用于疲劳及动静载实验的电液伺服控制器研究

电液伺服控制器是风机轴系疲劳实验和动静载实验测试台的重要组成部分。设计了一种基于C8051F060的电液伺服控制器。给出了该控制器的系统结构设计方案,并详细介绍了控制器的硬件设计和软件设计。对常规PID算法和前馈PID控制算法进行了对比分析与研究,并在MATLAB环境下分别对其进行仿真,验证了前馈PID控制的良好动态跟踪性能。最后在实验测试台上测试性能,实验结果表明:该控制器与传统的控制器相比,具有结构简单,控制精度高、控制平稳,动态跟踪性能好等优点,能够满足设计要求。     

基于MATLAB的双关节机械手控制系统仿真研究

针对机械手传统控制器控制精度低的问题,设计了一种不依赖机械手精确的数学模型的变论域模糊控制器。首先,根据拉格朗日方程,建立机械手的动力学模型;其次,设计变论域自适应模糊控制器,运用layapunov函数证明控制器的稳定性;最后对传统的PID控制和变论域模糊控制对机械手的高精度轨迹跟踪控制进行MATLAB/Simulink仿真分析和对仿真结果进行比较。仿真结果证明:变论域自适应模糊控制器对机械手的轨迹跟踪控制精度比传统的PID控制的控制精度高,稳态误差小,且鲁棒性、抗干扰能力强,响应速度快,验证了变论域自适应模糊控制的有效性。     

基于摩擦补偿的电液作动器高精度控制

电液作动器因其集成度高、占用空间小,容易组成分布式集中控制系统,在航空航天与工程机械领域飞速发展,但是在低速运行工况下,由于摩擦力以及液压系统的非线性等因素,难以完成高精度轨迹跟踪工作甚至产生低速爬行。为此,从摩擦特性对电液作动器轨迹跟踪精度的影响出发,提出一种前馈补偿+ESO的控制策略,引入LuGre动态摩擦力中的鬃毛平均变形量,建立精确伺服系统状态空间方程,在Simulink平台上搭建摩擦力模型和泵控非对称缸模型,采用正弦位置指令对该解决方案的轨迹跟踪精度进行了仿真验证。结果表明:前馈补偿+ESO的控制策略跟踪误差仅为常规PID控制的1/4,跟踪精度达到0.2 mm。     

Theory and application of a combined feedback–feedforward control and disturbance observer in linear motor drive wire-EDM machines

This paper presents a combined two-degree-of-freedom controller and disturbance observer design for a direct drive motion control system actuated by permanent-magnet linear synchronous motors (PMLSM). A feedback controller based on pole-placement design method is proposed to achieve desired tracking performance as well as stabilize the closed-loop system. A newly designed feedforward controller is proposed to reduce tracking errors based on an inverse model of the direct drive system. A digital disturbance observer is implemented to be included in the proposed feedback–feedforward control structure to compensate for nonlinear friction, cogging effects, and external load disturbance. Furthermore, the proposed control scheme has been verified as being internally stable. Experimental results indicate that the proposed controller can achieve a high contouring accuracy of ±0.3 μm as well as provide disturbance rejection and robustness. The maximum contour error of circular trajectory was reduced from 8.5 to 3.2 μm in comparison with proportional-integral-derivative (PID) controller.     

基于滑模扰动观测器和积分滑模控制器的活塞加速度控制研究

针对活塞加速度精度低的问题,提出具有气动和液压技术优势的新型混合执行控制系统。通过分析电液-气动混合执行控制系统结构,建立电液-气动混合执行器的数学模型。在积分滑模控制器的基础上,结合具有干扰抑制和估算复合扰动能力的滑模扰动观测器,开发滑模扰动观测器-积分滑模控制器的综合控制器;采用MATLAB软件对电液-气动混合执行器进行仿真,并与传统PID控制器的计算结果进行对比和分析。结果表明：采用基于滑模扰动观测器-积分滑模控制器的电液-气动混合执行控制系统可明显提高对方波和正弦加速度信号的跟踪精度,方波响应超调量减少约54%,正弦响应误差减少约65%;该控制系统抗干扰性强,位置跟踪误差较小,可以有效地精确控制活塞加速度,具有较强的鲁棒性     

基于前馈和滑模复合结构的飞行器电动舵机控制

针对飞行器电动舵机伺服系统的控制问题,提出了一种能够有效抑制传动机构非线性摩擦的控制方法,该方法由前馈补偿器、基于LQR的PID反馈控制器以及滑模控制器构成。前馈控制能够提高系统响应的快速性,PID反馈控制提高系统的抗干扰能力,针对非线性摩擦设计的滑模控制律,用来削弱非线性摩擦对舵机伺服的影响。在分析电动舵机伺服系统构成的基础上,给出了非线性摩擦的Stribeck模型;建立了系统数学模型,在此基础上分析得出前馈补偿器的结构和参数;引入参考给定量,建立基于误差的状态控制方程,设计了基于LQR的PID控制器以及抑制非线性摩擦扰动的滑模控制律。分别对含有滑模控制器和不含滑模控制器的控制方法进行了仿真实验,实验结果表明:含有滑模控制器的控制方法能够有效抑制非线性摩擦引起的速度抖动问题以及位置"平顶"现象。     

湿式离合器液压执行系统建模与仿真

针对湿式离合器液压执行系统,在分析其工作原理和结构的基础上,在机械域和液压域上分别对关键组成部分比例压力电磁阀和离合器油缸活塞建立数学模型,并采用AMESim软件对湿式离合器的液压执行系统进行建模;为了验证所搭建模型的有效性,在给定不同的激励电流情况下分析系统的动态响应;针对所搭建的AMESim模型,采用传统PID控制算法和基于模型的前馈+反馈控制算法控制输出油压,对比验证了跟踪效果。仿真结果表明:搭建的模型具有良好的动态特性,前馈+PID反馈的控制算法较PID算法的控制效果更好。     

基于MPSO的电液举升伺服系统自适应模糊PID控制

为提高电液举升伺服系统位置控制精度,提出一种基于改进的粒子群算法(MPSO)优化的自适应模糊PID控制策略。根据流体动力学原理,建立伺服阀控非对称缸系统数学模型,分析系统动态运动特性。综合考虑多种不确定扰动影响,设计自适应模糊PID(AF-PID)控制器,并通过MPSO算法对AF-PID控制器中的量化因子和比例因子进行迭代寻优。利用MATLAB/Simulink和AMESim仿真软件,搭建系统的联合仿真模型,并对所设计控制器的控制性能进行仿真验证。结果表明:相同工况下,相较于常规PID和AF-PID控制器,MPSO-AF-PID控制器作用下系统的轨迹跟踪性能最优,能更好地满足起下管柱作业需求。     

高速运动平台的快速精密定位控制

针对高速运动平台到位阶段的惯性振动造成的运动平台调节时间长、定位精度差等问题,提出了一种结合速度-加速度前馈控制、增益调度PID控制及扰动观测器(DOB)的复合控制方法。其中速度-加速度前馈用于实现平台的高加速运动特性;增益调度PID控制可以有效改善平台定位阶段由于非线性摩擦力对平台定位性能的影响,使平台的跟踪误差快速衰减到设定的定位精度范围内;扰动观测器用于对运动过程中的内外部扰动进行抑制。通过实验验证,该复合控制方法在保证定位精度的前提下可有效减小高速运动平台到位阶段的惯性振动,并且减小运动平台的调节时间,提高高速运动平台的定位性能。     

基于优化位姿控制的并联液压机械手跟踪控制研究

针对二自由度并联液压机械手控制系统容易受到外界干扰问题,对机械手控制系统输出误差进行研究。结合机械手平面简图分析了并联液压机械手工作原理,推导出机械手运动学和动力学方程式。引用模糊PID控制系统,采用差分进化算法和前馈补偿方法对模糊PID控制系统进行优化,将优化后的控制系统通过MATLAB软件进行误差仿真,同时与模糊PID控制系统输出误差进行比较和分析。仿真误差显示：在无干扰环境中,优化前和优化后的二自由度并联液压机械手模糊PID控制系统,其运动位移和角位移输出误差差别不大,跟踪效果较好。在有干扰环境中,优化前二自由度并联液压机械手模糊PID控制系统,运动位移和角位移输出误差较大,而优化后二自由度并联液压机械手模糊PID控制系统,其运动位移和角位移输出误差较小。采用差分进化算法和前馈补偿控制方法,能够抑制外界信号波的干扰,提高二自由度并联液压机械手的跟踪精度,其控制效果较好     

基于PSO算法的串联机械手位置跟踪模糊PID控制

在串联机械手运动控制中常采用PID控制器,存在超调较大、跟踪精度低的问题,为此设计了一种基于微粒群(PSO)算法的模糊PID控制器。首先,根据两力臂串联机械手模型,推算出动力学方程式和传递函数;然后,设计控制器的系统结构,采用PSO算法优化模糊PID控制参数,提高了系统的自适应能力和跟踪精度;最后,在MATLAB中对机械手位置跟踪控制进行仿真。仿真结果显示:PID控制超调较大,有震荡;经模糊调整后,超调变小,稳定性较好;再通过PSO优化,响应速度变快,超调量基本消除。