电液双缸系统同步控制

由于强非线性和强耦合作用严重影响双缸同步系统的控制精度,同步误差加剧试件变形内力,具有较强的破坏能力,因此研究具有优良性能的同步控制算法具有重要的实践意义。建立考虑系统安装误差、测量误差、负载刚度和伺服阀零偏等因素在内的双液压缸同步控制系统数学模型;分析上述各误差因素对双缸同步控制精度的影响机理;提出了基于内力补偿和位置补偿的自由度控制策略,实现双液压缸高精度位置同步和出力的高度一致性;最后,运用MATLAB/Simulink软件对双缸自由度同步控制算法进行仿真分析,验证了控制策略的有效性。     

一种双轴直驱平台新型同步渐近跟踪控制设计

针对双轴直驱平台伺服系统中存在同步进给的问题,提出一种交叉耦合迭代学习控制器与自适应加加速度控制器相结合的新型同步控制方法。首先,构建同步误差,利用交叉耦合控制器解决双轴的耦合问题;设计自适应PD型学习律减小同步误差,实现双轴协调同步。采用模型前馈控制补偿系统的参数不确定性,提高系统的响应速度。自适应加加速度控制器抑制系统中外部扰动、摩擦力等不确定性因素,实现系统的渐近跟踪控制。加加速度积分后形成反馈控制律,保证了控制信号的稳定性和连续性。设计自适应更新律,使鲁棒增益实现指数收敛并削弱测量噪声对系统的影响,增强系统的鲁棒性。系统实验结果表明,该方法能够明显地提高系统的同步性能,改善双轴直驱平台伺服系统的控制精度。     

Adaptive fuzzy sliding mode control for a robotic aircraft flexible tooling system

A robotic aircraft flexible tooling system is proposed in this paper, of which high-precision synchronous motion control of dual robots is a key part. In order to alleviate the effects of the mechanical coupling over synchronous and tracking errors of the two robots, a cross-coupling scheme based on an adaptive fuzzy sliding mode controller (AFSMC) is developed. First, the mechanical coupling model is established by dynamics analysis of the dual-robot driving system. Then, a novel cross-coupling error is proposed, which combines both the position and speed tracking and synchronous errors of dual robots. Moreover, the cross-coupling control scheme based on AFSMC is presented. For the proposed AFSMC, a fuzzy logic controller is adopted to generate the hitting control signal, and the output gain of the sliding mode control is tuned online by a supervisory fuzzy system. Finally, the preferable performance of the proposed AFSMC cross-coupling approach is verified by the simulation results compared with the conventional proportional-integral-derivative control and SMC cross-coupling controls.     

基于扰动补偿算法的拉床主溜板双伺服同步驱动控制策略

阐述电伺服拉床的机电一体化系统结构,介绍拉床工作台的双伺服同步驱动系统及双滚珠丝杠机械传动机构。为提高拉削过程负载断续变化时主溜板同步运行的精度,从提高单轴伺服系统本身抑制负载扰动性能的角度出发,设计基于扰动辨识和补偿机理的自校正算法,重点分析其原理。基于该自校正算法设计并实现了双轴同步驱动的控制策略,该控制策略具有简单可靠易实现的特点。以一台20 t的伺服拉床为研究对象,分别在两主溜板耦合和不耦合且受力不平衡的情况下对控制策略的同步性能进行了多种吨位的加工测试,试验结果显示该扰动补偿算法是有效的,基于该扰动算法的同步控制策略具有很好的同步精度,这给双滚珠丝杠伺服同步控制系统的应用提供了很好的理论参考和试验数据。     

精密伺服锻压机双电机同步控制方案分析

针对新型伺服锻压机存在电机精确同步的瓶颈问题,引入了双电机交叉耦合同步控制方案.该方案将主、从电机的电流进行比较,得到了一个差值作为从电机的附加反馈信号.从电机根据这一附加反馈信号对自身的速度进行了动态调整,从而获得了较好的同步精度.先从理论角度对比分析了主令双电机同步控制方案和交叉耦合双电机同步控制方案两者的控制效果以及存在的问题.接着分别使用主令双电机同步控制方案和交叉耦合双电机同步控制方案控制锻压机执行相同的工艺曲线,通过实验对比分析了两种同步方案下的耦合误差和两电机的扭矩曲线.研究结果表明,在紧耦合的双电机系统中,交叉耦合双电机同步控制方案能满足系统的位置和扭矩同步要求,两电机的同步误差在0.35°以内.     

基于机电-刚柔混合的H型双驱进给系统状态相关动态特性分析

动态特性是影响H型双驱进给系统定位精度的关键因素。基于重心驱动原理的H型双驱进给系统在位置状态变化时无法保证双轴驱动力合力通过运动件重心造成系统产生动态误差,从而导致H型双驱进给系统的定位精度提升依然存在困难。从H型双驱进给系统的结构特性分析出发,考虑H型横梁和移动部件位置状态对系统动力学参数的影响,建立了H型双驱进给系统刚柔耦合动力学模型。结合伺服电机控制模型,采用状态空间方法得到H型双驱进给系统的机电-刚柔混合模型。利用模态实验验证所建立的动力学模型的正确性。通过数值仿真分析了系统对阶跃信号、S型信号和斜坡信号的响应特性,得到了H型横梁和移动部件位置状态、进给速度状态和同步控制策略对H型双驱进给系统的动态误差、跟踪误差和同步误差大小的影响规律。所建立的机电-刚柔混合模型能够有效地揭示H型双驱进给系统状态相关参数对系统定位精度的影响,可为H型双驱进给系统同步控制和误差补偿研究奠定理论基础。     

大型低速风洞多通道电液伺服阵风发生器协同驱动控制策略研究

为在FL-10大型低速风洞开展飞机模型阵风影响相关试验研究,建立了4通道电液伺服马达驱动的摆动叶片式阵风发生器。4个通道独立控制方式,简化了系统结构,使发生器具备了多频率与多波形阵风模拟能力,但对多通道同步性也产生了更高的要求。针对4通道电液同步伺服控制,提出了一种改进的共反馈同步误差校正控制方案。共反馈同步误差校正控制方案利用主反馈误差来实现对跟踪误差的控制,并通过同步误差完成马达控制系统的反馈补偿,以达到更高的同步控制精度并提升运动性能。通过仿真和试验验证了同步控制算法的有效性。风洞流场校测结果表明:电液伺服摆动马达驱动能力强,动态高,生成的正弦波精度高,研制的发生器在来流风速70 m/s下可稳定工作,叶片最大摆动频率为16 Hz。     

双齿轮渐近同步驱动系统设计

为解决轨道拖拽、龙门设备、自动升降等大负载、长跨度设备的驱动功率不足、设备刚度差、结构尺寸较大等问题,提出了一种基于电气伺服驱动技术的双齿轮渐近同步驱动解决方案。该渐近同步驱动方案采用在一个主动齿轮驱动负载齿轮传动的基础上,逐渐添加其他主动齿轮以增大驱动功率的双齿轮同步驱动系统,实现了电气伺服同步驱动功能;采用台达数控系统,实现了双齿轮高精度同步控制。研究结果表明,该驱动方案具有同步可靠性高、控制方便、启停同步一致性强等特点。     

含双重补偿的液压缸位置同步控制

非对称液压缸同步控制系统在大型、重型工业设备中应用广泛,其同步性能和响应速度直接影响设备的稳定运行。为了进一步优化对称阀控非对称液压缸同步系统,对阀控非对称液压缸进行建模分析。基于非对称液压缸特性及负载变化范围大的特点,提出了模糊补偿控制方法来提高液压缸的响应速度;针对液压缸的同步问题,设计了交叉耦合的前馈补偿控制方式来缩小同步误差。利用AMESim搭建液压回路系统模型作为控制对象,并联合Simulink搭建控制系统进行仿真。仿真结果表明:相比于改进前,在负载不断变化且具有偏载的情况下,含双重补偿的同步控制可以明显减小液压同步系统的跟踪误差与同步误差。     

基于干扰观测器的龙门机床双驱系统的同步控制

根据动梁式龙门机床双驱动系统的结构特点及运动特性,基于拉格朗日方程,建立了龙门机床两轴之间的机械耦合模型,结合传动系统动态模型和伺服系统三闭环控制结构,得到了龙门机床双驱动系统模型;为了降低非对称结构和偏心负载等干扰对同步性能的影响,提高系统的抗干扰性,提出了一种基于干扰观测器（DOB）的双驱动系统同步控制方法;最后进行了仿真分析,仿真结果表明,通过干扰观测器对干扰进行补偿后,龙门机床双驱动系统的同步性能得到了明显的提高。     

双马达回转同步驱动系统建模与控制研究

针对双液压马达回转高性能同步驱动问题,引入无阻尼行星系齿轮传动弹性动力学理论,基于双液压马达回转运动特性建立了系统非线性动力学模型;针对回转系统跟踪性能和同步性能要求,引入迭代学习控制算法(ILC),提出了结合离散化PID控制器结构的IL-PID同步控制策略。该控制策略基于“等同式”同步控制原理,在各单通道内部采用独立的离散化PID控制实现系统跟踪性能,在多通道间采用基于闭环D型学习律的IL控制实现系统同步性能。在五自由度液压伺服机械手上的实际应用结果表明,该控制策略相比于传统的PID控制具有较好的跟踪性能和同步驱动性能。     

Cogging effect minimization in PMSM position servo system using dual high-order periodic adaptive learning compensation

Cogging effect which can be treated as a type of position-dependent periodic disturbance, is a serious disadvantage of the permanent magnetic synchronous motor (PMSM). In this paper, based on a simulation system model of PMSM position servo control, the cogging force, viscous friction, and applied load in the real PMSM control system are considered and presented. A dual high-order periodic adaptive learning compensation (DHO-PALC) method is proposed to minimize the cogging effect on the PMSM position and velocity servo system. In this DHO-PALC scheme, more than one previous periods stored information of both the composite tracking error and the estimate of the cogging force is used for the control law updating. Asymptotical stability proof with the proposed DHO-PALC scheme is presented. Simulation is implemented on the PMSM servo system model to illustrate the proposed method. When the constant speed reference is applied, the DHO-PALC can achieve a faster learning convergence speed than the first-order periodic adaptive learning compensation (FO-PALC). Moreover, when the designed reference signal changes periodically, the proposed DHO-PALC can obtain not only faster convergence speed, but also much smaller final error bound than the FO-PALC.     

1000 t惯性摩擦焊液压多缸同步控制策略研究

针对大吨位惯性摩擦焊机多缸液压顶锻系统强干扰、强非线性的特点,面向多缸系统同步性能的高精度、强抗干扰的要求,基于自行设计的一套具有位置反馈的三缸液压顶锻系统,建立了阀控缸系统以及位置反馈同步系统的动态响应数学模型,并且提出了以伺服阀控液压系统为基础,在偏差耦合控制方式下采用模糊PID对控制参数进行优化的多缸同步控制策略。在MATLAB Simulink中对该控制算法进行仿真研究,并与传统PID控制算法进行对比。结果表明,所设计的控制策略实现了千吨级负载下多缸系统同步误差小于0.05 mm的稳定输出,具有较好的鲁棒性和较高的同步控制精度,为国产大吨位惯性摩擦焊机液压伺服系统提供设计参考。     

伺服增益不匹配的双轴同步误差补偿策略

针对双轴驱动系统中由两轴伺服增益不匹配造成的运动不同步问题,从单轴稳态误差分析入手,构建单轴跟踪误差与两轴同步误差的关系。推导出参考位置为斜坡信号时同步误差的理论计算公式,确定两轴伺服增益系数及进给速度与同步误差间的定量关系;基于推导所得公式,提出将速度影响因子引入交叉耦合控制器中,并给出两种同步误差补偿策略(策略1和策略2)。通过仿真与实验验证了所推导同步误差理论计算公式的正确性;所提出的两种同步误差补偿策略均能有效减小因两轴伺服增益系数不匹配而产生的同步误差,且补偿后单轴系统的动态响应性能不会受到影响;与采用补偿策略1相比,采用补偿策略2后所获得的同步误差曲线更为平稳。     

New method to improve dynamic stiffness of electro-hydraulic servo systems

Most current researches working on improving stiffness focus on the application of control theories.But controller in closed-loop hydraulic control system takes effect only after the controlled position is deviated,so the control action is lagged.Thus dynamic performance against force disturbance and dynamic load stiffness can’t be improved evidently by advanced control algorithms.In this paper,the elementary principle of maintaining piston position unchanged under sudden external force load change by charging additional oil is analyzed.On this basis,the conception of raising dynamic stiffness of electro hydraulic position servo system by flow feedforward compensation is put forward.And a scheme using double servo valves to realize flow feedforward compensation is presented,in which another fast response servo valve is added to the regular electro hydraulic servo system and specially utilized to compensate the compressed oil volume caused by load impact in time.The two valves are arranged in parallel to control the cylinder jointly.Furthermore,the model of flow compensation is derived,by which the product of the amplitude and width of the valve’s pulse command signal can be calculated.And determination rules of the amplitude and width of pulse signal are concluded by analysis and simulations.Using the proposed scheme,simulations and experiments at different positions with different force changes are conducted.The simulation and experimental results show that the system dynamic performance against load force impact is largely improved with decreased maximal dynamic position deviation and shortened settling time.That is,system dynamic load stiffness is evidently raised.This paper proposes a new method which can effectively improve the dynamic stiffness of electro-hydraulic servo systems.     

四柱式液压机双缸“串并联”同步控制结构研究

为提高四柱式液压机同步控制系统控制精度,在建立系统数学模型基础上,利用蚁群算法优化了系统中PID控制器参数。基于“串联型”和“并联型”同步控制结构在MATLAB/Simulink中进行了仿真研究,为了验证两种同步控制结构的实际控制性能,在四柱式液压机试验台上进行了试验研究。结果表明:“并联型”同步控制结构相比“串联型”同步控制结构最大同步误差减小了80.649%,稳态同步误差减小了30.303%,可以看出“并联型”同步控制结构对于最大同步误差和稳态同步误差的控制效果优于“串联型”同步控制结构,因此,“并联型”同步控制结构更能满足四柱式液压机对于双缸同步控制精度的要求。     

电液马达伺服系统积分鲁棒自适应高精度位置控制

电液马达伺服系统中存在各种类型的扰动,包括参数不确定性和不确定非线性,制约着其高精度位置控制。针对电液马达伺服系统高精度位置跟踪控制,考虑系统的黏性摩擦特性以及外干扰等建模不确定性,提出了一种基于鲁棒自适应的电液马达伺服系统高精度位置控制策略。所提出的全状态控制器通过自适应对模型不确定性进行估计及前馈补偿,提高了系统的低速伺服性能;通过自适应对未建模干扰等不确定性的上界进行估计并前馈补偿,提高了系统对外干扰的鲁棒性。所设计的闭环控制器还能保证系统获得渐近跟踪性能,对比仿真验证了其可行性。     

基于AMEsim/Simulink的电液伺服比例控制的同步回路建模与仿真研究

以电液伺服比例阀控非对称液压缸同步系统为研究对象,通过详细分析,建立了同步系统的数学模型,采用Matlab的Simulink模块对系统的动态特性进行仿真分析,并利用AMESim和Simulink软件对双缸同步液压系统进行了基于PID控制的联合仿真,仿真结果表明,将电液伺服比例阀应用于同步控制,系统响应快,控制精度高,经济性好,可应用于工程实际。     

基于数字阀的系统的仿真与性能分析

介绍了新型数字同步阀工作原理,根据基于新型数字同步阀的位置同步控制系统,分析了开环系统位置同步误差的特性.通过仿真分析了采用模糊控制策略的闭环位置同步精度,根据仿真结果,得出闭环控制时基于新型数字同步阀双缸位置同步系统能达到较高的位置同步精度.     

基于双阀并联控制的压机四角调平系统研究

针对热塑性复合材料压机压制精度低、模具磨损严重等问题,在压机四角调平系统中采用双闭环控制策略,此时,内环的压力控制误差直接影响外环的位置同步控制精度。在大流量工况下,调平系统控制阀的阀口开度增加会导致压力控制误差增大,为进一步改善其综合控制性能,提出双阀并联压力控制方案。使用大通径流量补偿阀与小通径压力控制阀并联替换原有单个控制阀,分别对调平缸无杆腔的流量和压力进行控制,满足大流量工况的同时提高压力控制精度,进而提高位置同步控制精度,并搭建调平缸压力台架进行试验以验证双阀并联控制的有效性。结果表明,双阀控制下的压力误差比单阀减少0.5 MPa以上,且压制速度越大其性能优势更突出,为压机调平系统实现高速高精度同步控制提供有效参考。