液压同步运动系统变结构控制设计

该文以一执行器的实际运动轨迹作为另一执行器的理想跟踪目标，针对实际液压系统非线性时变特点，对两执行器的同步误差采用变结构控制策略。研究和仿真表明：采用变结构控制的液压同步运动系统，不仅具有较强的鲁棒性，而且有良好的动态品质和同步精度。     

超磁致伸缩执行器磁滞非线性建模与控制

针对超磁致伸缩执行器的磁滞非线性问题,应用Priesach理论模型建立了执行器的磁滞模型,并根据其逆模型设计了前馈补偿器,同时设计了磁滞模型的自适应算法和动态调整前馈补偿器的参数,最终实现对执行器磁滞非线性进行补偿和控制。仿真和试验结果表明该模型能够很好的描述执行器的磁滞非线性,采用自适应算法有效地改善了执行器输出位移的磁滞非线性,减小了系统的非线性误差,提高了执行器的控制精度。     

气/液相变驱动小型气动肌肉执行器实验

气动肌肉执行器重量轻、柔性好,被广泛应用于工业与研究领域。然而,用于驱动该执行器的气动设备使系统的尺寸过于庞大,为解决此问题,提出利用氟碳化合物气/液相变时膨胀做功来驱动气动肌肉执行器,选用金属陶瓷加热器加热氟碳化合物,使用PI控制器控制执行器的内部压力,制作拮抗驱动装置改善执行器作用力的动态特性。结果表明:气/液相变气动肌肉执行器内部产生的压力可以较好地跟踪参考输入信号;与空气驱动方式相比,采用气/液相变驱动时执行器的收缩率呈等值减小趋势;拮抗驱动装置能够改善气/液相变气动肌肉执行器作用力消失过程中的动力学特性。     

气动位置伺服系统的高精度控制

分析气动位置伺服系统在目标值附近的低频振荡现象。采用压力反馈提高系统动态响应特性。提出非线性摩擦力补偿方法，解决压力反馈系统固非线性磨擦力而引起稳态误差的问题。实验结果表明，非线性摩擦力补偿控制方案可以明显提高气动位置伺服系统的动态响应特性，对提高系统的稳态精度有明显效果。     

基于人工免疫思想的电动执行机构智能控制研究

电动执行器是自动化系统中大量使用的一种执行部件，但电动执行器难以实现高性能控制，其原因在于执行机构系统中存在的不灵敏区、间隙、摩擦等非线性因素，且使用场合不同造成的负载特性不同，整机性能随着执行机构的运行方向、机械磨损和负载的变化而改变。该文借鉴生物免疫反馈响应过程的调节作用和模糊逻辑推理的自适应能力，提出了一种电动执行器模糊自调整免疫PD控制策略。该控制方法具有模糊控制、免疫控制方法的优点，具有较强抗干扰能力和鲁棒性。仿真研究证明了该控制方法的可行性和有效性。     

基于增量非线性动态逆的液压执行器力控制策略研究

针对液压执行器力控跟踪要求高度的非线性及不确定性的动力学模型问题,导致液压驱动系统高精度运动控制存在困难,提出采用一种基于传感器的增量式非线性动态逆控制方法来解决液压执行器的力跟踪问题。建立液压执行器动力学模型,理论分析了INDI控制策略在力控制模型上具有稳定性好、抗干扰能力强、系统标定范围大的优势。利用该控制器压力差导数作为反馈,不依赖于精确的液压执行器数学模型和参数标定,对模型不确定性具有固有的鲁棒性。仿真试验和理论分析表明: 采用高频率采样的INDI控制器力跟踪误差始终稳定在6%左右; 最大跟踪误差也不超过8%;对参数不确定性具有极强的鲁棒性。     

速度反馈在执行器中的应用

本文通过对电动执行器各组成部分的分析,提出执行器开环传递函数的一般形式.根据执行器闭环系统非线性的特性,提出采用速度反馈改善系统稳定性的方法,通过仿真和实际应用,验证其是一种很好的方法.     

气动弯曲型人工肌肉瞬态动力学建模、分析与验证

气动弯曲型人工肌肉是实现柔性机械手的核心设备,针对其迟滞非线性导致的难于精确控制的问题,提出一种变截面气缸法用于动力学建模与分析。采用变步长四阶龙格库塔法对模型进行数值计算,分析了影响其动态特性的关键参数灵敏度。进一步,对编织角为60°的弯曲型执行器的动力学特性进行了仿真与实验验证。结果表明,提出的动力学模型能够准确描述该执行器的瞬态响应特性,该执行器能够在1s之内完成充压过程,并且能够在0.1s内做到快速响应,模型误差小于5%。动力学模型为实现柔性机械手的高精度抓取奠定了理论基础。     

汽车主动安全控制液压执行器的性能与原理

介绍目前汽车主动安全系统(汽车制动防抱系统、汽车驱动力控制系统、汽车电子稳定控制系统、汽车主动悬架、汽车四轮转向系统)上所应用的液压执行器,并重点分析目前先进的汽车主动安全系统——汽车电子稳定控制程序(Electronic stability program,ESP)上的液压执行器的结构、工作原理、工艺特点及其高速响应的性能特点。ESP所使用的液压执行器的响应速度在10 ms以内,其响应特性与液压执行器的各部分结构参数、被控车辆制动系统的参数等有紧密的联系,需要进行综合考虑和选择。介绍所采用的对汽车制动防抱系统液压执行器进行动态特性分析和参数匹配的建模分析方法,此方法同时也适用于对其他类型汽车主动安全系统的动态特性分析与参数匹配。最后对未来的汽车主动安全系统执行器的发展进行展望。     

具有非线性刚度特征隔振器的动态分析

对线性系统隔振器的动态与静态特性进行设计计算,已为人熟知。但对具有非线性刚度特征之系统,利用传统的方法则难以解决。本文通过对具有非线性刚度特征的钢丝网垫隔振器实验静态曲线作回归分析和动态响应分析。表明可运用一种简单而可行的方法,解决该类型隔振器的设计问题,以满足既定的动态响应特征要求。为从事非线性系统隔振设计提供了一种有效的手段。文中同时就静平衡位置对非线性隔振系统动态响应的影响进行了理论探讨。     

Second-order sliding mode tracking control for the piezoelectric actuator with hysteretic nonlinearity

For the piezoelectric actuator model with hysteretic nonlinearity, a second-order sliding mode tracking controller is proposed. First, a second-order nonlinear dynamic model is introduced for the piezoelectric actuator. Next, a second order sliding mode control law with dual-phase sliding movement is designed. Then, the system stability is proved with a theorem. From theoretical analysis, the feedback control system is stable in the sense that all signals involved are bounded. The simulation results show the validity of the proposed method for this kind of nonlinear dynamic model of the piezoelectric actuator.     

压电驱动器的非线性模型及其精密定位控制研究

压电驱动器的非线性特性和迟滞特性是影响微动平台定位控制精度的主要因素。采用改进的Preisach模型对压电驱动器的迟滞特性进行建模，利用建立的Preisach模型进行开环精密定位控制和作为PID反馈控制的前馈环节的研究。实验结果表明，该模型能够有效地降低非线性迟滞特性对压电驱动器位移输出精度的影响，提高驱动器的动态响应特性。     

Position control of a rodless cylinder in pneumatic servo with actuator saturation

In this paper, positioning control of a rodless cylinder in pneumatic servo systems with actuator saturation is investigated via an active disturbance rejection control. A linear extended state observer is designed to estimate and compensate strong friction force and other nonlinearities in the pneumatic rodless cylinder system. An actuator saturation linear feedback control law is developed to further improve the control performance. Furthermore, a linear matrix inequality-based optimization algorithm is employed to estimate a strictly invariance set for the closed-loop system. Experiment results with response time 0.5 s and accuracy 0.005 mm for a 200 mm step signal demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy.     

调节阀DDVC电液执行机构复合控制研究

研究了新型DDVC电液执行机构,提出将PID校正最优状态反馈控制与观测器预估干扰前馈控制相结合的复合控制应用于该执行机构。仿真结果表明该执行机构响应速度快,动静态性能良好。     

Control of a dual stage magnetostrictive actuator and linear motor feed drive system

A dual stage feed drive system is well suited to satisfying current demands of high performance machining with tight position control under high feed rates in the presence of disturbances. It does this by integrating an actuator with high position resolution and fast response together with a conventional linear drive. A magnetostrictive actuator (MA) with a bandwidth in the kHz range capable of several kN of force output is an ideal candidate for use as the fine positioning element in such a dual stage system. However, MAs display significant hysteresis in their performance. This makes the effective implementation of real-time fast servo control challenging. In this paper, a dynamic Preisach model is utilized to reduce the undesired nonlinearity. A sliding mode controller (SMC) is designed to deal with uncertainties such as the Preisach modeling error as well as external disturbances so as to ensure a robust stable system. Experimental results show the servo performance improvement during a feed step test for single axis control and a single axis component of a sharp path interpolation test.     

Piezoresistive cantilever force-clamp system

We present a microelectromechanical device-based tool, namely, a force-clamp system that sets or "clamps" the scaled force and can apply designed loading profiles (e.g., constant, sinusoidal) of a desired magnitude. The system implements a piezoresistive cantilever as a force sensor and the built-in capacitive sensor of a piezoelectric actuator as a displacement sensor, such that sample indentation depth can be directly calculated from the force and displacement signals. A programmable real-time controller operating at 100 kHz feedback calculates the driving voltage of the actuator. The system has two distinct modes: a force-clamp mode that controls the force applied to a sample and a displacement-clamp mode that controls the moving distance of the actuator. We demonstrate that the system has a large dynamic range (sub-nN up to tens of μN force and nm up to tens of μm displacement) in both air and water, and excellent dynamic response (fast response time, <2 ms and large bandwidth, 1 Hz up to 1 kHz). In addition, the system has been specifically designed to be integrated with other instruments such as a microscope with patch-clamp electronics. We demonstrate the capabilities of the system by using it to calibrate the stiffness and sensitivity of an electrostatic actuator and to measure the mechanics of a living, freely moving Caenorhabditis elegans nematode.     

机电控制无级变速器执行机构动态响应特性仿真研究

为研究夹紧力可调的机电控制无级变速器（EMCVT）电控电动执行机构的可靠性，及其速比和从动带轮夹紧力动态响应的影响因素，采用MATLAB/Simulink构建了EMCVT执行机构的动力学模型，设计了针对EMCVT电控电动执行机构的速比和夹紧力闭环控制器。对EMCVT输入转矩突变和目标速比突变两种工况进行了仿真分析，仿真结果表明：速比和从动带轮夹紧力动态响应的超调量和调节时间满足CVT的使用要求，从动带轮夹紧力响应时间小于1s，速比变化率可以达到2；EMCVT速比和从动带轮夹紧力动态响应的主要影响因素是执行电动机的负载和转动方向。     

基于LADRC的电动舵机高动态控制方法

自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)继承了PID控制基于误差反馈的优点,在控制中不需要模型的先验知识,并结合了经典调节理论与现代控制理论各自的优点,因而在实际工程中得到了广泛应用。文中分析了电动舵机传统PID控制中存在的动态响应慢和抗扰能力弱的问题;建立了基于直接转矩控制的舵机系统数学模型;设计了线性扩张状态观测器,并给出了观测器参数的简便确定方法,通过观测器观测出的扰动将系统补偿为串联积分器的形式;采用不同的控制器对补偿后的系统进行稳定性分析,根据稳定性和实现难易程度,决定采用比例微分负反馈控制器。最后对设计的观测器和控制器进行了仿真,仿真结果表明,设计的观测器和控制器与传统PID控制相比在动态响应和抗扰能力上都具有巨大的优势。     

基于反馈与前馈的二自由度电液振动台复合控制

为提高电液位置伺服系统控制精度,以电液振动台为控制对象,针对电液伺服系统液压固有频率较低、阻尼比较小等特点,提出一种三状态反馈控制与前馈逆模型控制相结合的二自由度复合控制策略。利用加速度反馈和速度反馈分别提高位置闭环系统的液压动力机构的阻尼比和液压固有频率,以保证系统在稳定条件下拓展系统工作频率范围;前馈逆模型控制能够改善实验系统的动态响应特性,进一步拓展系统频宽,提高电液振动台波形复现精度。实验结果验证了提出的二自由度控制策略的有效性。