陀螺测试转台的复合控制设计

针对陀螺测试速率转台低速时存在的问题,为提高系统低速的跟踪精度,提出了一种基于摩擦补偿控制和重复控制构成的复合控制新模式,详细分析了复合控制原理,和复合控制应用于陀螺测试速率转台控制系统的结构,设计了摩擦补偿控制器、重复控制器和速度控制器,并进行了软件设计。仿真表明复合控制对转台低速运行时的摩擦干扰抑制效果显著,进一步提高了系统低速的跟踪精度。系统具有良好的动态性能和静态性能,实用性强。     

基于光电伺服系统的复合控制仿真分析

针对光电系统跟踪目标时，伺服分系统采用传统的反馈控制跟踪精度不足的问题， 从控制原理、建模及仿真等方面进行分析，提出采用复合控制的方式提高系统的跟踪精度。实际系统采用滤波预测技术，对合成后的目标位置进行滤波预测并预计出目标的角速度和角加速度。 本次仿真利用目标模型直接推导出目标角速度和角加速度，简化了仿真模型。通过仿真结果证明复合控制可以大幅度提高光电跟踪系统的跟踪精度。     

基于改进型重复控制的三轴转台解耦与控制

针对三轴转台伺服系统位置精度要求不断提高,提出了改进型重复控制与微分前馈控制相结合的复合控制作用于伺服系统的位置回路。根据某型三轴转台伺服系统的组成,分析并建立了电流环、速度环与位置环的模型,并于位置环设计了改进型重复控制器。设计时,考虑了三轴转台的三个框架转动时互相产生的耦合影响,并分析三个框架同时转动时三轴转台的内框快速性与稳定性。仿真结果表明,采用复合控制策略时三轴转台的位置控制响应快、精度高、抗干扰性强,满足系统性能指标。     

基于加速度计的光电跟踪系统等效复合控制

复合控制是提高光电跟踪系统跟踪精度的一种有效方法,它较好地解决了精度和稳定性之间的矛盾;而等效复合控制是复合控制的另一种实现。为了实现等效复合控制,采用加速度计直接测得加速度信息再通过积分得到的速度作为前馈控制信号。实验对比结果表明,加速度计可以作为等效复合控制的传感器,在实际应用中实现伺服跟踪系统精度的提高,加入等效复合控制的光电跟踪伺服系统的跟踪精度提高至原来的6.67倍。     

基于滤波器的低慢小伺服跟踪转台研究

雷达和红外无人机目标探测与识别技术是无人机探测预警系统的重要组成部分,它需要高性能的精密伺服转台以满足光电系统稳定成像和精确跟踪。为此,本文基于某外贸型便携式反无人机平台的系统功能和指标要求,设计了伺服跟踪转台。然后,针对转台跟踪机动目标时通讯链路延迟较大的缺点对转台控制系统展开研究,采用自适应α-β滤波器对跟踪目标角度和速度进行预测估计,并将该预测值加入PID反馈通道组成滤波器+PID的复合控制。最后,通过模拟航路和典型航路下的大疆无人机对反无人机系统开展实物测试,并与普通的PID控制器跟踪效果进行对比,实测数据表明采用自适应α-β滤波器+PID复合控制的伺服跟踪转台可有效提高光电跟踪品质,满足系统跟踪要求。     

一种最小二乘与自适应Kalman联合滤波算法

"当前统计模型"滤波算法中采用上一帧的加速度来预测当前时刻的目标位置,当目标做变加速度运动时,预测值不能反应本帧的加速度变化,目标跟踪精度难以保证.针对这个问题,本文提出了一种最小二乘和Kalman的联合滤波算法,在自适应Kalman滤波前,采用最小二乘算法对当前数据进行拟合,用拟合的位置、速度和加速度作为目标的预测位置送入Kalman滤波器进行滤波处理,克服了"当前统计模型"滤波中存在的问题,提高了跟踪精度.     

雷达转台神经网络控制仿真研究

由于PID控制算法简单,便于工程实现,传统上雷达转台多采用PID控制.但是雷达转台是非线性时变系统,制约了基于准确线性数学模型的PID控制的控制品质.文中提出了转台位置环采用神经网络控制,速度环采用传统PI控制的复合控制方式,一方面采用复合控制模式可以减少控制系统的运算量,便于工程实现,另一方面位置环采用神经网络控制可以提高控制系统的鲁棒性,提高雷达转台的控制品质.最后对复合控制方式进行了仿真验证,仿真结果表明控制方法性能良好.     

基于卡尔曼滤波的目标跟踪系统的建模与仿真

为了提高对高速飞行目标的跟踪精度,采用kalman滤波算法建立了飞行目标跟踪系统的滤波模型,将连续系统离散化后,结合奇异值分解理论获得了离散系统方程.通过对滤波稳定性进行分析可知,所建系统模型为完全能控和完全能观的,滤波系统稳定.仿真实验结果表明,经过卡尔曼滤波算法可以精确地获得高速飞行目标的位置、速度和加速度状态信息,从而能够更精确地对高速飞行目标进行跟踪.     

光电经纬仪的高精度电视自动跟踪

为了精密跟踪速度快、加速度大的被测目标,采用双闭环控制策略,及速度滞后补偿和加速度滞后补偿技术,设计了光电经纬仪电视自动跟踪系统。在跟踪以最大速度50(°)/s、最大加速度30(°)/s2运动的目标时,达到了最大跟踪误差小于80″的精度。并从原理、仿真及实验上证明了速度滞后补偿和加速度滞后补偿技术能够显著提高跟踪精度。     

目标速度预测在光电跟踪控制系统中的应用

在光电跟踪设备的电视或红外自动跟踪系统中,引入目标的速度信息是提高跟踪精度的一种有效方法。为了得到目标的速度信息,设计了电视或红外脱靶量滞后时间的辨识方法以及目标速度预测的卡尔曼滤波方法,通过对电视或红外脱靶量信息同辨识出的脱靶量滞后时刻的仪器位置信息进行拟合,预测出被跟踪目标的速度信息,从而构成复合控制。仿真和实验结果表明,通过上述方法能够得出较为准确的目标速度信息,所构成的复合控制系统有效地提高了系统的跟踪精度。     

两轴水平框架式粗跟踪结构及其控制系统设计

根据天基平台激光辐照空间碎片捕获系统的应用需求,设计了一种两轴水平框架式粗跟踪结构,提出了一种基于加速度闭环的PI速度环控制方法用于实现跟踪系统的闭环高带宽控制和高精度跟踪。首先,根据光束传播路径和负载几何尺寸要求设计了水平式粗跟踪框架的经纬轴结构,并对单轴结构进行了模型简化,建立了单轴二质阻尼刚度简化模型的动力学方程;对系统进行了振动分析,根据系统的谐振频率和电机锁定转动频率确定了跟踪架主要结构参数;设计了一种速度加速度双闭环控制系统,确定了系统控制器和控制参数;最后对控制系统进行了性能测试。测试结果显示,控制系统满足性能指标要求,相较于带有结构滤波器的PI速度环控制系统,带宽提升了28.2%;基于加速度闭环的PI速度环控制系统在调节时间上提升了78.6%,超调量降低了94.08%;基于加速度闭环的PI位置环控制系统的调节时间为0.085 s,超调量为11.66%,具备较小的跟踪误差和较强的抗干扰能力。     

Robust motion controller design for high-accuracy positioningsystems

This paper presents a controller structure for robust high speed and accuracy motion control systems. The overall control system consists of four elements: a friction compensator; a disturbance observer for the velocity loop; a position loop feedback controller; and a feedforward controller acting on the desired output. A parameter estimation technique coupled with friction compensation is used as the first step in the design process. The friction compensator is based on the experimental friction model and it compensates for unmodeled nonlinear friction. Stability of the closed-loop is provided by the feedback controller. The robust feedback controller based on the disturbance observer compensates for external disturbances and plant uncertainties. Precise tracking is achieved by the zero phase error tracking controller. Experimental results are presented to demonstrate performance improvement obtained by each element in the proposed robust control structure     

Tracking position control of piezoelectric actuators for periodic reference inputs

The hysteresis characteristic is one of the major setbacks in precise tracking position control of piezoelectric actuators. In this paper, a position control method for a piezoelectric actuator is presented. The controller is based on PID control method augmented with feedback linearization loop. The feedback linearization loop uses a plant model drawn from the Maxwell slip model. The control strategy is then further extended to include a repetitive control algorithm for tracking periodic inputs. Experiments were performed on a 2-axis linear positioner driven by piezoelectric actuators. The experimental results show that the tracking performance is noticeably improved by augmenting a PID controller with both feedback linearization loop and a repetitive controller.     

High precision position control of electro-hydrostatic actuators in the presence of parametric uncertainties and uncertain nonlinearities

Characterized by high power-to-weight ratio, modularity and energy efficiency, electro-hydrostatic actuators (EHAs) have been successfully applied to aircrafts and submarines, where high precision and repeatability are in high demand. The position tracking performance, however, can be inevitably affected by parametric uncertainties and uncertain nonlinearities. Model inaccuracy or system variations normally require a large loop gain to achieve robust performance, which leads to over-design. Leakage in the fluid power system decreases steady-state accuracy, and friction in the actuator degrades the transient performance or even causes stick-slip motion at low speeds. Furthermore, the system may exhibit limit cycle (or hunting) due to Stribeck friction and integral action. This paper proposes a robust high precision position control strategy incorporating leakage and friction compensation for EHAs. Quantitative feedback theory (QFT) is applied to design a robust controller that satisfies the prescribed performance specifications without over-design, considering model inaccuracy and system variations. The internal leakage is subsequently compensated based on experimental data instead of incorporating an integrator in the controller; hence, limit cycle is avoided, and response speed is improved. Friction in the actuator is identified based on the LuGre friction model and compensated through an observer in the loop. Friction variation and load fluctuation are considered to be output disturbances to be suppressed by the QFT controller. The QFT controller with leakage and friction compensation scheme is verified through experiments on a typical EHA. Both the steady-state and transient position tracking performances are greatly improved.     

光电系统跟踪精度工程可实现性判断方法

阐述了一种简化的、可以通过数学解析求解的判断方法,用于判断光电系统跟踪精度的工程可实现性。本文的判断方法是一种必要性判断,利用跟踪系统闭环带宽的可实现性来评估系统跟踪精度的可实现性,充分性还依赖于其他条件,如电机的选取等。本文以切向匀速直线运动(变角加速度运动)目标为例分析目标的运动特性；以直流有刷力矩电机速度环位置环双闭环系统为例、以经典控制理论为基础,简化模型以分析求解跟踪所需带宽；最后对未简化的模型进行仿真,以验证简化模型的计算精度。     

空间光通信链路模拟平台控制系统

为实现卫星姿态仿真,建立了基于"板卡-PC"的两级高精度链路模拟平台控制系统.该系统采用绝对式光电码盘作为角位置反馈元件,属于电流、速度、位置多闭环系统.控制部分使用复合控制加数字滤波技术,引入饱和限幅及死区补偿模块;根据轨迹特点,设计变参数调节控制器以提高动态性能.实验结果表明,定位精度达到±3";最低平稳角速度0.000 5(°)/s,误差±0.000 1°;随0.2 Hz幅值1°的等效正弦波变化,动态误差在3σ条件下小于±9.17".该控制系统满足高精度模拟平台技术要求.     

PWM整流器的PI^λ D^μ控制策略

针对常规控制适用场所的局限性,提出了一种基于分数阶控制的PWM整流方法,该方法有别于以往的双闭环控制策略,电流内环控制使用分数阶控制器取代传统控制器。通过MATLAB/Simulink仿真与实验验证了该控制策略的控制效果明显好于传统控制方法。此外,其不仅可以应用在控制精度要求高、控制参数多的非线性系统中,而且具有较好的跟随性、鲁棒性和稳定性,能够准确的跟踪指令电流,并且得到的网测电流谐波很少,近似于正弦波。     

A Robust Position and Force Control Strategy for 7-DOF Redundant Manipulators

This paper is concerned with robust position and contact force control for 7-DOF redundant robot arms. An outer-inner loop controller, called the augmented hybrid impedance control scheme is developed. A 6-DOF force/torque sensor is used to measure the interaction forces. These are fed back to the outer-loop controller that implements either a force or an impedance controller in each of the 6 DOF of the tool frame. The force controller is provided with a force set point, and desired inertia and damping are introduced in the force control loop to improve transient performance. The inner loop consists of a Cartesian-level potential difference controller, a redundancy resolution scheme at the acceleration level, and a joint-space inverse dynamics controller. Experimental results for two 7-DOF robot arms (redundant, dextrous, isotropically enhanced, seven-turning pair robot (REDIESTRO) and Mitsubishi PA10-7C) are given to illustrate the performance of the force control strategy. A successful application of the proposed scheme to a surface cleaning task is described using the REDIESTRO, while position and force tracking experiments are described for the Mitsubishi PA10-7C robot.     

适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法

为了提高光电跟踪仪对于高速运动目标的跟踪精度和稳定性,提出一种适用于光电跟踪仪的高速目标跟踪控制算法。利用光电跟踪仪、火炮、载体惯导系统、视频跟踪器和激光测距机输出的相关参数,通过一系列坐标转换、递推迭代和坐标反变换,完成瞄准线坐标系下方位速度环和俯仰速度环跟踪前馈补偿参数的计算,并将该参数分别叠加到方位、俯仰跟踪控制回路,参与跟踪控制;采用模拟航路进行验证,该跟踪控制算法对速度2.5 Ma的高速运动目标,跟踪系统误差和随机误差均小于0.15 mrad。实验结果表明,该方法能有效提高光电跟踪仪对高速运动目标的跟踪精度,响应速度快、动态滞后小。     

Controller design and implementation for industrial robots withflexible joints

A control strategy which consists of feedforward and feedback compensation loops is proposed to improve the performance of industrial robots. The feedforward loop is similar to the usual inverse-dynamics compensation. The feedback control loop uses a frequency-domain optimal controller. The design starts from the single-link case and is extended to the control of multilinkage flexible-joint robots. An experimental system consisting of a single-link robot is constructed for verifying the proposed control strategies. Experiments show good performance of the proposed control strategy in stiffening the flexible joint and in tracking desired polynomial-type trajectories