气动位置控制系统分数阶控制器的设计与仿真

为了实现对气动伺服控制系统的准确位置控制，设计了气动伺服系统，根据系统的组成推导了其数学模型，并在此基础上进行线性化处理，计算出传递函数。继而设计了一种基于稳定裕度法整定参数的分数阶控制器，使用MATLAB的优化工具箱求解控制器参数并在Simulink中搭建分数阶控制器模型进行仿真分析。结果表明，使用稳定裕度法整定参数的分数阶控制器对气动伺服系统具有良好的控制效果，在系统参数发生较大变化时仍能达到理想的控制性能指标，系统仍具有良好的信号跟踪特性、强抗干扰能力和鲁棒性。实验测得采用分数阶控制器的气动伺服系统定位精度达到0.5 mm，系统具有较高的稳态精度。     

电液比例压力控制系统参数辨识与智能PID仿真

电液比例控制系统由于控制模型的参数无法准确获取,存在难以实现高精度、响应速度快和抗干扰能力强的控制系统的问题,本次研究采用最小二乘系统辨识法与智能PID控制相结合,有效地解决电液比例压力控制系统的难题。首先建立电液比例压力控制系统的理论模型;其次,在理论模型的基础上,根据系统单输入和单输出的实验数据,采用最小二乘系统辨识法,获得电液比例压力控制系统的传递函数;然后,根据传递函数模型,采用MATLAB软件求解非线性方程组得到系统模型参数;最后,采用智能PID控制方法,对控制系统进行仿真。仿真数据表明,本次研究成果对于工业中电液比例压力控制系统具有较好的指导作用。     

驾驶机器人油门机械腿控制模型的建立

建立了描述驾驶机器人油门机械腿动态物理规律的数学模型,得出了控制系统的传递函数,采用PID控制方法设计了系统的控制器.采用临界比例度法初步确定PID控制器的参数,然后根据初步确定的参数利用Simulink对控制系统进行仿真,观察仿真结果进一步调整并确定PID控制器的参数.     

基于压电元件的柔性板H∞鲁棒振动控制实验研究

以一柔性板为对象进行了H∞鲁棒振动控制器的设计、仿真和实验研究。首先,利用多变量频域辨识原理,识别出以粘贴压电片作为传感器和作动器的柔性板实验系统前三阶模态的MIMO传递函数模型,接着,对具有乘型不确定性的板模型在干扰抑制、控制增益约束以及鲁棒稳定三方面进行频域加权整型,构建了H∞混合灵敏度控制系统;数值仿真验证了各权函数的合理性,初始外扰和随机外扰下的振动控制实验结果表明,相对LQR方法,H∞控制能使闭环系统在保持鲁棒稳定的前提下获得更好的性能,初始外扰下衰减时间缩短30s,随机外扰下降噪量提高4dB。     

基于遗传算法的四旋翼PID控制器参数整定

四旋翼作为典型的欠驱动系统,传统情况主要依靠PID控制器进行控制,PID控制器参数对于四旋翼飞行静态性能和动态性能均有较大影响。提出一种基于遗传算法的四旋翼PID控制器参数整定方法,利用遗传算法良好的寻优特性,结合四旋翼自身动力学方程,对传统的四旋翼模糊PID控制器进行参数优化,并通过MATLAB的SIMULINK工具箱仿真验证优化结果的稳定性。     

汽车磁流变悬架垂直振动控制与试验研究

在对整车振动系统进行分解和简化的基础上,提出一种分级智能控制系统,设计了用仿人智能思想来在线修改模糊控制器参数的1/4车磁流变悬架振动模糊自适应局部控制器,设计了整车悬架垂直振动的协调控制规则用于调整4个局部控制器的输出值。在MATLAB平台上对分级控制系统进行仿真,构建了磁流变悬架系统垂直振动的整车测控与评价系统,在不同条件下进行了道路试验。相对于被动悬架,分级控制的磁流变悬架使汽车底板振动加速度下降了约15％,使座椅振动加速度下降了约23％,表明用分级控制来减小磁流变悬架系统的垂直振动是可行的,可降低因模型的简化带来的影响,提高汽车的平顺性。     

汽车磁流变悬架垂直振动控制与试验研究

在对整车振动系统进行分解和简化的基础上,提出一种分级智能控制系统,设计了用仿人智能思想来在线修改模糊控制器参数的1/4车磁流变悬架振动模糊自适应局部控制器,设计了整车悬架垂直振动的协调控制规则用于调整4个局部控制器的输出值.在MATLAB平台上对分级控制系统进行仿真,构建了磁流变悬架系统垂直振动的整车测控与评价系统,在不同条件下进行了道路试验.相对于被动悬架,分级控制的磁流变悬架使汽车底板振动加速度下降了约15%,使座椅振动加速度下降了约23%,表明用分级控制来减小磁流变悬架系统的垂直振动是可行的,可降低因模型的简化带来的影响,提高汽车的平顺性.     

鲁棒振动控制实验研究

以一柔性板为对象进行了H∞鲁棒振动控制器的设计、仿真和实验研究。首先,利用多变量频域辨识原理,识别出以粘贴压电片作为传感器和作动器的柔性板实验系统前三阶模态的MIMO传递函数模型,接着,对具有乘型不确定性的板模型在干扰抑制、控制增益约束以及鲁棒稳定三方面进行频域加权整型,构建了H∞混合灵敏度控制系统;数值仿真验证了各权函数的合理性,初始外扰和随机外扰下的振动控制实验结果表明,相对LQR方法,H∞控制能使闭环系统在保持鲁棒稳定的前提下获得更好的性能,初始外扰下衰减时间缩短30s,随机外扰下降噪量提高4dB。       

重载足式机器人单关节驱动系统H_∞控制器的设计

针对某节能型重载足式机器人单关节电液伺服驱动系统动态跟踪问题,对重载足式机器人节能型单关节电液伺服驱动系统特性、H_∞控制等方面进行了研究,建立了系统数学模型,提出了采用扩展H_∞混合灵敏度控制,引入了转换环节,将实际对象虚轴极点转换到传递函数或控制器中,解决了因单关节电液伺服驱动系统传递函数分母存在积分环节引起的奇异H_∞问题。通过采用扩展H_∞混合灵敏度三块加权函数法求解H_∞控制器,选择适当的加权函数,基于Matlab/Robust工具箱,设计了扩展H_∞混合灵敏度控制器,基于Matlab/Simulink平台搭建了系统仿真模型,对扩展H_∞控制的单关节电液伺服驱动系统动态跟踪特性及其系统稳定性进行了评价。仿真实验结果表明,H_∞控制系统满足鲁棒性及鲁棒性能要求,控制系统动态响应满足2 Hz正弦信号双十指标要求。     

振动压路机振动频率恒定控制

在分析振动压路机振动频率控制系统的基础上,提出了采用比例、积分、微分(PID)控制实现振动频率恒定的方案;选择了适用于工程机械的专用控制器.在建立系统传递函数的基础上,给出了增量式数字 PID 控制算法和参数整定的方法,并对控制器的脉宽调制(PWM)输出进行了设计.     

车载飞轮电池的振动控制策略研究

针对车载飞轮电池在不同工况下振动及磁悬浮轴承非线性和本质不稳定性的特点,开发了基于单神经元的PID控制软件,利用单神经元的自学习能力并通过加权系数自适应地对PID各控制参数进行调整,使得控制器的输出为PID各控制参数的非线性组合,克服了单一PID控制参数无法满足系统动态性能需要及控制参数整定困难的缺点。通过仿真分析和飞轮转子系统的高速运行试验,对比研究了不完全微分PID策略和单神经元自适应PID策略的控制效果。研究结果表明,与不完全微分PID策略相比,单神经元自适应PID策略具有无超调、鲁棒性好、调节时间短等优点,飞轮转子系统具有更好的动态性能。     

转子系统强迫振动自校正控制

给出了用于转子系统强迫振动主动控制的自适应控制方案,它主要由可控径向轴承和自校正控制器两部分组成。可控轴承为系统的执行元件,自校正算法则由多步递推预报器和控制器组成,通过在线测量转子系统输入输出值,调整油腔压力而使强迫振动振幅减小。仿真计算表明自适应控制适用于转子系统强迫振动控制,转子不平衡引起的振动幅值可有效地减小。     

Unbalance vibratory displacement compensation for active magnetic bearings

As the dynamic stiffness of radial magnetic bearings is not big enough,when the rotor spins at high speed,unbalance displacement vibration phenomenon will be produced.The most effective way for reducing the displacement vibration is to enhance the radial magnetic bearing stiffness through increasing the control currents,but the suitable control currents are not easy to be provided,especially,to be provided in real time.To implement real time unbalance displacement vibration compensation,through analyzing active magnetic bearings(AMB) mathematical model,the existence of radial displacement runout is demonstrated.To restrain the runout,a new control scheme-adaptive iterative learning control(AILC) is proposed in view of rotor frequency periodic uncertainties during the startup process.The previous error signal is added into AILC learning law to enhance the convergence speed,and an impacting factor influenced by the rotor rotating frequency is introduced as learning output coefficient to improve the rotor control effects.As a feed-forward compensation controller,AILC can provide one unknown and perfect compensatory signal to make the rotor rotate around its geometric axis through power amplifier and radial magnetic bearings.To improve AMB closed-loop control system robust stability,one kind of incomplete differential PID feedback controller is adopted.The correctness of the AILC algorithm is validated by the simulation of AMB mathematical model adding AILC compensation algorithm through MATLAB soft.And the compensation for fixed rotational frequency is implemented in the actual AMB system.The simulation and experiment results show that the compensation scheme based on AILC algorithm as feed-forward compensation and PID algorithm as close-loop control can realize AMB system displacement minimum compensation at one fixed frequency,and improve the stability of the control system.The proposed research provides a new adaptive iterative learning control algorithm and control strategy for AMB displacement minimum compensation,and provides some references for time-varied displacement minimum compensation.     

Active vibration control of clamped beams using positive position feedback controllers with moment pair

This paper investigates the active vibration control of clamp beams using positive position feedback (PPF) controllers with a sensor/moment pair actuator. The sensor/moment pair actuator which is the non-collocated configuration leads to instability of the control system when using the direct velocity feedback (DVFB) control. To alleviate the instability problem, a PPF controller is considered in this paper. A parametric study of the control system with PPF controller is first conducted to characterize the effects of the design parameters (gain and damping ratio in this paper) on the stability and performance. The gain of the controller is found to affect only the relative stability. Increasing the damping ratio of the controller slightly improves the stability condition while the performance gets worse. In addition, the higher mode tuned PPF controller affects the system response at the lower modes significantly. Based on the characteristics of PPF controllers, a multi-mode controllable SISO PPF controller is then considered and tuned to different modes (in this case, three lowest modes) numerically and experimentally. The multi-mode PPF controller can be achieved to have a high gain margin. Moreover, it reduces the vibration of the beam significantly. The vibration levels at the tuned modes are reduced by about 11 dB.     

基于频域整形的电磁轴承最优控制

针对电磁轴承刚性转子的不平衡振动，提出基于频域整形最优控制，该控制器的设计，包括保证系统稳定的最优调节器设计，以及频域整形的权函数设计，通过权值函数，改变轴承动特性，从而实现电磁轴承系统不平衡振动的力补偿或位移补偿。实验结果表明，电磁轴承频域整形最优控制可有效抑制主轴不平衡振动。     

应用新型可控轴承改善转子系统稳定性的研究

介绍了一种动态特性可在线调整的新型可控径向轴承工作原理,其特征是具有一个由挠性板、控制油腔和流体阻尼器组成的可动部分。给出了转子－轴承系统非线性数学模型,分析了系统的稳定性,并着重研究了阻尼器参数对系统稳定性的影响。计算机仿真结果表明,在较大的转子偏心范围内,应用该轴承可有效地消除或降低系统的自激振荡。     

汽车座椅主动振动控制与仿真分析

利用基于滤波X最小均方值算法的前馈型自适应控制系统，对汽车座椅振动实施主动控制，以改善座椅的动态舒适性。建立了六自由度人体一座椅系统模型和主动振动控制系统模型，并在Simulink下进行仿真。结果表明，相对于目前汽车普遍采用的被动隔振系统，主动控制系统可以大大降低车身振动向人体的传递，提高了汽车座椅的动态舒适性。     

半主动直接输出反馈变结构控制电流变阻尼器减振研究

针对多层结构电流变阻尼器减振系统运动状态难以完全实时测量、扰动存在不确定性、系统参数容易出现摄动以及阻尼器连续可调的特点,提出了半主动直接输出反馈变结构控制策略,根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模梯度参数,实现控制与扰动完全解耦;饱和非线性环节使阻尼器阻尼力不超调;阻尼力对主结构做负功控制规则保证主结构最佳减振。仿真分析表明,电流变阻尼器减振控制系统效果明显,不仅对扰动具有自适应性,而且对系统参数摄动也具有很强的鲁棒性。     

电磁轴承的主动控制研究

鉴于磁力轴承本质上是不稳定的，因而引入闭环主动控制后的主动型电磁轴承（简称电磁轴承），就成为人们关注和研究的重点．本文在介绍电磁轴承工作原理的基础上分析和给出了单自由度磁悬浮系统的数学模型及相应的闭环控制方块图．结合一个设计实例，给出了确定控制器参数的稳定范围的方法，并讨论了控制器参数对电磁轴承系统动态参数的影响等．