行波型超声波电动机定位控制系统

速度控制和定位控制是超声波电动机控制的难点,而定位控制又因其时常包含速度调节过程(即速度控制)成为研究热点.由于超声波电动机复杂的非线性关系,常规的控制方法根本不能满足其控制需求.本文设计了一种新型的超声波电动机定位控制系统,该系统结合了模糊与PID控制算法的优点,即首先采用模糊算法调节频率控制量的参数值,改变电机速度实现初步定位;其次在设定目标值附近切换成PID控制策略,通过调节两相输入电压的相位差使其精确定位.本系统通过模糊PID控制器分别实现对超声波电动机两相输入电压的频率和相位差进行控制,通过实验证明,模糊PID控制策略能有效的实现对行波型超声波电动机的定位控制,其定位精确性可以得到保证.     

行波超声波电机单神经元自适应控制

由于超声波电机具有非线性、时变性、强耦合等特点,增加了它的控制难度,采用PID等常规控制方法难以满足较高精度的控制需求。单神经元作为一种神经网络应用形式,具有自学习和自适应能力,而且易于实现。设计了基于低频PWM方法的单神经元自适应PID转速控制策略,构建了超声波电机自适应闭环控制装置。在一定程度上解决传统PID调节器不易在线实时整定参数、难于对复杂控制对象进行有效控制的不足。实验证明,该控制系统具有响应迅速、适应性强等优点。     

一种高速伺服系统的精确控制策略

针对高速伺服系统的精确控制问题．介绍了一种模糊PID控制策略。此控制策略应用于工业缝纫机的电磁离合器电机伺服系统的控制之中，取得了良好的控制结果．并与PID组合控制．分段PID控制的工业缝纫机的控制结果进行了比较。     

基于遗传算法的超声波电机模糊自适应速度控制

行波接触型超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应工作的新原理微特电机，与传统电磁型电机截然不同，其驱动力矩并非由电磁感应产生，而是由压电陶瓷超声频域的振动转化而来，参数的时变性，系统内在的非线性、系统的强耦合性等原因导致其动态和稳态数学模型难以获得。在未知控制对象精确参数及数学模型的情况下，该文提出一种新的超声波电机自适应速度控制策略。控制系统包括两个闭环，内环用来补偿由于温度变化造成的机械谐振频率漂移，可以增强响应的快速性与准确性，另一闭环为频率调节环，频率值由模糊控制器根据工作状态随时调整，其模糊控制规则基于遗传算法在线调节。系统较好地实现了设定的速度参考模型的自适应跟踪，具有控制灵活，适应性强的优点，又具有较高的控制精度和较好的稳定性。     

基于行波超声波电机直接驱动的机械臂精密定位系统研制

研制了基于行波超声波电机与步进电机驱动的机器人多自由度机械臂精密定位控制系统。采用行波超声波微步控制技术实现了机械臂低速下的高精度定位控制，并在理论与试验研究基础上提出了一种实用的行波超声波电机精密定位控制方法。此外，还进行了定位误差分析及控制系统设计。所给的方法简单易行，在超声波电机精密定位中具有普遍的应用意义和广泛的应用价值。该方法成功运用于机器人机械臂控制中，不需要使用高精度角位移传感器就可使机械臂达到很高的定位精度。     

基于神经元自适应PID的超声波电机速度位置控制

超声波电机是强非线性时变系统,用常规的PID难以取得满意的效果.针对超声波电机的速度和位置控制,提出了神经元自适应PID算法.由于神经元自适应PID可以在线调整其参数值,因此当电机运行情况发生变化时可以通过改变控制参数来实现速度和位置的快速跟踪.实验表明,使用神经元自适应PID算法对超声波电机进行速度和位置控制,可以达到快速响应和高精度的控制效果.     

基于滑模模型参考自适应系统观测器的永磁同步电机预测控制

针对一种三电平驱动的永磁同步电机控制系统,设计了一种无速度传感器有限集预测控制策略。首先,针对三电平逆变器驱动电路,采用有限集预测控制策略将其开关控制矢量看成一个有限集,在此有限集中搜索使目标函数最优的开关矢量,目标函数选择为输出误差电流,保证了电机定子电流波形的质量。其次,基于滑模模型参考自适应系统(MRAS)方法,利用电机本体的参考模型与电流模型的输出误差构造滑模面,设计了电机速度观测器,以改善位置和速度估计精度并提高系统的鲁棒性,并分析证明其稳定性。实验结果表明预测控制器较传统PID控制器能够提高定子电流波形质量,同时观测器能够较精确地估计永磁同步电机转子位置和速度,具有较好的鲁棒性。实现了对永磁同步电机的无传感器预测控制。     

基于行波超声波电机直接驱动的机械臂精密定位系统研制

研制了基于行波超声波电机与步进电机驱动的机器人多自由度机械臂精密定位控制系统。采用行波超声波微步控制技术实现了机械臂低速下的高精度定位控制,并在理论与试验研究基础上提出了一种实用的行波超声波电机精密定位控制方法。此外,还进行了定位误差分析及控制系统设计。所给的方法简单易行,在超声波电机精密定位中具有普遍的应用意义和广泛的应用价值。该方法成功运用于机器人机械臂控制中,不需要使用高精度角位移传感器就可使机械臂达到很高的定位精度。     

基于模糊BP神经网络的智能轮椅BLDCM控制

现阶段多数轮椅电机仍使用传统PID控制,该控制方式存在控制精准度较低、超调量较大以及抗扰动能力差等问题。为解决以上问题,通过对无刷直流电机进行研究,在分析了其控制方法后,提出一种基于模糊BP神经网络的BLDCM控制方法。首先,研究了BLDCM结构并搭建数学模型。其次,在模型基础上构建了模糊BP神经网络PID控制器。最后,在Matlab/Simulink中搭建整个电机控制系统进行三种不同工况下的运动控制仿真,并与传统PID控制算法进行对比。实验结果表明：模糊BP神经网络PID控制策略能获得更好的PID控制参数,具有良好的抗扰动能力,有效的改善了整个轮椅控制系统的动态性能。     

基于DSP的直线电机位置伺服控制策略研究

在综合分析直线电机位置伺服控制系统的动静态性能及抗干扰能力的基础上，对其位置伺服控制策略进行了研究，开发了一套基于DSP的直线电机位置伺服控制系统。该伺服系统提出了用模糊自适应PID控制方法和干扰观测器补偿技术来提高系统的动静态性能，且可以补偿因外力等对系统造成的干扰。重点分析了位置角对系统的影响，进而提出了模型参考自适应算法对位置角进行校正以消除直线电机定位时出现的振荡。实验结果表明，所提出的位置伺服控制系统具有高的动、静态性能。     

Speed tracking servo control system incorporatingtraveling-wave-type ultrasonic motor and feasible evaluations

A variety of ultrasonic motors (USMs) have attracted special interest as a new type of actuator in servo motion control systems. For practical applications, the speed servo control system incorporating the ultrasonic motor developed in Japan has some special unique features. However, this system has several significant problems, such as the inherent speed ripple characteristics, the speed regulation characteristics under the condition of applied disturbance load torque, and the speed tracking characteristics. In order to solve these practical problems, some control schemes of ultrasonic-actuated motor systems have been proposed and discussed theoretically, which include fuzzy reasoning control, adaptive control, repetitive learning control, and neural-network-based learning control. However, it is considered that these control strategies mentioned above have not been sufficiently substantiated from a feasible experimental point of view. This paper presents a newly proposed precise speed tracking servo control system using the compact traveling-wave-type ultrasonic motor. Its proposed control scheme is composed of both the driving frequency control loop with the variable-gain strategy and the applied voltage control loop with the speed ripple reduction strategy of the USM. The improved speed characteristics realized by this proposed control system are demonstrated and evaluated in experiments     

QUICK AND PRECISE POSITION CONTROL OF ULTRASONIC MOTORS WITH TWO CONTROL INPUTS

ABSTRACT

Ultrasonic motor (USM) has an excellent performance and many useful features. Since this motor is superior in holding torque and high response characteristic, it has been expected to use as position servomotor for small motors.

There have been reported some mathematical models of the ultrasonic motor. however, these models are too complex to apply for control of the motor. Therefore position controllers based on PI control or fuzzy control have been proposed in recent years. It is difficult to control the ultrasonic motor with high-performance using such controllers, thus simple and convenient mathematical model is necessary for precise control.

This paper presents a new position control scheme of ultrasonic motor, it consists of a PI controller and an adaptive controller which compensates the speed characteristic variations with online parameter identification. Moreover, this system controls both driving frequency and phase difference in order to achieve a quick and precise position control. The effectiveness of proposed control.scheme is demonstrated by experiments.     

New fuzzy reasoning-based high-performance speed/position servocontrol schemes incorporating ultrasonic motor

A high-performance servo control scheme using compact ultrasonic motors (USMs) as actuators has not yet been practically realized in modern industry and office automation systems because the dynamic and steady-state modeling of USMs is almost impossible from a theoretical point of view. A high-performance speed/positional servo control scheme based on modern fuzzy reasoning concepts and featuring a traveling wave-type USM with high torque at low speed range is presented. The control method of the USM servo system using inverter frequency and voltage control strategies for the speed and amplitude of the traveling wave on the USM stator and the phase difference control scheme between two-phase high-frequency inverters are demonstrated and evaluated using experimental results. In particular, the control implementation is described from a practical viewpoint     

Ultrasonic motor-actuated direct drive positioning servo control system using fuzzy-reasoning controller

This paper describes a traveling-wave ultrasonic motor (USM)-actuated positioning servo driver, suitable for direct-drive motion systems, which incorporates a fuzzy-reasoning software controller with speed and position-variable feedback schemes. The experimental results of this USM position servo driver operating at two-phase high-frequency resonant inverter are illustrated and evaluated using a one-axis servo motion drive system. The results show that the new system using a compact USM that incorporates a microprocessor-based two-input and one-output fuzzy-reasoning controller is cost effective and suitable for special purposes in the industrial, medical, automotive, space and consumer fields.     

基于变论域模糊PID控制的BLDCM仿真分析

采用传统的PID控制方法,无刷直流电机(BLDCM)易受负载扰动、电机参量突变等不确定因素的影响,调速效果较差。研究了一种基于S函数的变论域模糊PID控制方案,应用于BLDCM速度环中,通过Simulink建立BLDCM速度、电流双闭环控制系统。仿真结果表明,变论域模糊PID控制方案在调速方面具有响应速度快、超调小、抗干扰能力强的特点,各项指标优于普通PID控制、模糊PID控制方案。     

无刷直流电机模糊自整定PID控制研究及仿真

针对新能源汽车中的广泛采用的无刷直流电机的控制系统具有时变性、非线性、耦合强以及变量多等特点,基于无刷直流电机的数学模型,提出了一种简单实用的控制策略,即模糊自整定PID控制的闭环转速控制方案.该算法通过模糊逻辑语句创建模糊控制准则,根据转速变化对PID控制参数进行自动实时整定.利用MATLAB工具创建控制系统的仿真模型,仿真结果表明:模糊自整定PID控制系统实现转速响应快,超调量小,干扰后恢复时间短,鲁棒性强等优点,较传统PID控制有较大优势.     

基于Stribeck摩擦模型的无刷直流电机控制系统设计与仿真

针对无刷直流电机(BLDCM)控制系统在实际运行中存在摩擦负载的问题,利用模糊PID控制的优点,提出了系统基于Stribeck摩擦模型的模糊PID控制方案.在分析BLDCM数学模型的基础上,运用MATLAB/Simulink对BLDCM速度、电流双闭环调速系统进行建模和系统仿真,并与采用常规PID算法的系统进行了比较.仿真结果表明基于Stribeck摩擦模型的模糊PID控制系统具有较好的给定适应性和抗干扰性,优于常规PID控制系统的性能.     

超声波电机模糊-PI双模自适应速度控制

行波接触型超声波电机与传统电磁型电机截然不同 ,其驱动力矩并非由电磁感应产生 ,而是由压电陶瓷超声频域的振动转化而来。参数的时变性、系统内在的非线性、系统的强耦合性等原因导致其动态和稳态数学模型难以获得。在未知控制对象精确参数及数学模型的情况下 ,提出了超声波电机的模糊 -PI双模速度控制策略 ,系统根据工作状况随时调整控制模式。实验表明 ,系统较好地实现了设定的速度参考模型的自适应跟踪 ,具有控制灵活、适应性强的优点 ,又具有较高的控制精度。