基于多周期有限维重复控制的转台动不平衡扰动抑制

通过建立三轴转台的动不平衡模型,得出转台存在多周期扰动力矩。该多周期扰动力矩与转台三轴转速有关,影响转台的定位精度、位置精度和速率精度。为抑制三轴转台系统的扰动力矩,提出多周期有限维重复控制方法,并证明该方法能消除多周期扰动引起的转台系统误差。仿真结果表明多周期有限维重复控制可以有效地抑制转台系统存在的动不平衡扰动。     

高精度速率控制系统的有限维重复控制方法

提出了一种有限维重复控制方法,以实现对有严重非线性扰动力矩的伺服机构的高精度速率控制.所考虑的非线性扰动力矩是角位置的周期函数,这在实践中是很常见的.给出了该方法应用的充分条件,这一条件是基于系统周期不变性的学习算法的必要条件.实验结果证明,所提出的方法可以有效地减小由扰动力矩所引起的稳态速率误差.     

AFC在超精密加工中的谐波干扰控制研究

为了提高微阵列表面自由曲面的超精密加工应用中的跟踪精度和抗干扰性,对周期性谐波扰动信号的观测结果作出实时估计和补偿,设计了一种自适应前馈误差消除(AFC)控制器。首先,分析了傅立叶级数的正弦和余弦信号组成影响系统的周期性谐波扰动信号。其次,详细地推导了自适应前馈误差消除算法,得出传递函数。然后,以自适应前馈误差消除控制器作为前馈控制器,应用PID作为反馈控制器,设计了复合控制器,并解释了工作流程。最后,数字仿真实验显示,自适应前馈误差消除控制具有较好的控制效果。     

动基座下DGCMG框架伺服系统干扰补偿控制

针对双框架控制力矩陀螺(double gimbal control moment gyro,简称DGCMG)内外框架间的耦合力矩和航天器快速机动带来的牵连力矩引起框架角速率波动问题,建立了动基座下DGCMG框架伺服系统的动力学模型,提出了一种基于扩张状态观测器(extended state observer,简称ESO)的扰动力矩估计方法。对耦合力矩、牵连力矩等扰动力矩进行估计并采用力矩前馈的方式进行补偿,从而抑制扰动力矩对框架伺服系统控制精度的影响。仿真及实验结果表明,该控制方法能有效抑制由于扰动力矩引起的框架速率波动,提高了框架的速率输出精度。     

三轴液压仿真转台全滑模变结构控制器设计

根据三轴液压仿真转台具有框架间力矩耦合，受复杂摩擦力矩干扰及液压系统参数摄动的特点，设计了具有积分补偿的动态全滑模变结构控制器，使系统三框架始终在各自滑模上运动，实现了解耦和对外干扰及参数摄动的不变性，并利用自适应模糊机构实时调整趋近率以减小滑模的抖振。仿真表明该方法具有较高的跟踪精度和鲁棒性能。     

基于滑模扰动观测器的磁轴承主动振动控制

由于磁悬浮控制力矩陀螺转子的不平衡振动会造成控制力矩陀螺系统的同频扰动,影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度,本文提出了基于滑模变结构扰动观测器的磁轴承主动振动控制方法.首先,对不平衡扰动力和力矩作用下的磁轴承-转子系统进行建模;接着,设计了滑模变结构扰动观测器观测不平衡扰动力和力矩;然后,利用跟踪微分器估计位移传感器输出信号的微分获取速度信号,降低观测器的阶数;最后,将滑模扰动观测器的输出引入磁轴承控制器,对观测得到的同频不平衡扰动力和力矩进行补偿.仿真和试验结果均表明,设计的滑模变结构观测器实现了对不平衡扰动的观测,通过控制器有效地实现了对不平衡扰动的补偿,减少了72％的同频振动.     

自适应角速度估计器在磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统中的应用

控制力矩陀螺输出高精度力矩需要框架伺服系统有高精度的力矩输出，因此需要高精度的光电码盘或者旋转变压器作为位置控制器。为消除由位置信号差分计算速率信号而引起的噪声，提出了一种低噪声、带宽可调的自适应角速度估计算法。首先对该角速度估计器的稳定性作了分析，然后利用最小二乘法设计了实时调整前向通道比例增益的自适应算法。利用MATLAB对实际获得的实验数据进行仿真，使稳速速率的波动量减小了88%，然后在磁悬浮控制力矩陀螺上进行了实验，将角速度估计器加到速率环的反馈环节上，在带宽没有影响的前提下，使速率曲线的波动量减小了71.5%。     

双框架磁悬浮控制力矩陀螺框架系统的扰动抑制

内外框架之间的耦合力矩和谐波减速器的非线性传输力矩是影响双框架磁悬浮控制力矩陀螺(DGMSCMG)框架系统精确角速度控制的主要因素,为了解决以上干扰问题,实现框架系统高精度角速率伺服控制提出了一种基于扰动观测器和自适应反步的框架系统复合解耦控制方法。通过扰动观测器来估计框架系统中的扰动,并结合自适应反步法获得控制律,其间将扰动估计误差当作未知参数设计了其自适应律,对扰动的两次处理使得框架系统干扰估计更加精确,同时可以保证估计参数的收敛性和整个框架系统的稳定性。仿真和实验结果表明,采用此复合控制方法,DGMSCMG框架系统扰动估计误差不超过框架系统实际扰动的3%,实际框架角速率跟踪参考指令角速率的精度达到99.2%。此复合解耦控制方法可以满足DGMSCMG框架系统抗干扰能力强、高精度角速率伺服控制的要求。     

下肢外骨骼康复机器人的自适应控制研究

针对下肢外骨骼康复机器人的动力特性,为实现康复训练过程中控制的实时性和高精度,消除系统中存在的未建模动态、外部扰动和非线性不确定性的影响,本文提出采用两个相互独立控制器共同作用控制方法,即基于标称模型的计算力矩控制器和变结构鲁棒自适应补偿控制器。补偿控制器基于Lyapunov函数法,通过引入一个动态信号和非线性阻尼项来抑制未建模动态、外部有界扰动和非线性不确定项的影响。设计的自适应律通过在线刷新系统的不确定参数,增强了控制系统的鲁棒性并保证系统达到全局渐近稳定。通过Lyapunov稳定性定理和仿真结果证明了该控制策略的可行性和有效性。     

基于干扰观测和前馈补偿的电动加载复合控制

对于含有舵机位置扰动、模型参数摄动和传感器噪声等多余力的电动加载系统,仅采用传统的速度前馈补偿很难对系统多余力矩进行完全抑制。在传统速度前馈补偿的基础上针对系统扰动问题引入了扰动观测器,并利用改进的干扰观测器对高频噪声进行抑制。再通过微分负反馈阻尼补偿增强控制回路稳定性,利用重复PID控制器进行负反馈控制来改善系统的动态性能。仿真结果表明,该复合控制策略能够在很大程度上提高系统对多余力矩的抑制能力,并改善系统的加载精度。     

基于terminal滑模控制的小卫星机动方法

采用terminal滑模控制方法研究了以单框架控制力矩陀螺(SGCMG)为执行机构的小卫星的姿态机动控制。首先,基于修正罗德里格斯(MRP)参数建立了小卫星数学模型,以terminal滑模控制方法进行控制力矩规划。然后,采用SGCMGs作为小卫星执行机构,以非对角奇异鲁棒操纵律跟踪terminal滑模控制产生的期望力矩;通过仿真分析归纳出terminal滑模控制设计参数的变化规律和选取原则。最后,利用小卫星三轴气浮转台实验验证termianl滑模控制方法的实用性。实验显示:根据参数选取原则设定的参数进行小卫星机动稳定实验得到的姿态角和姿态角速度控制精度和稳态误差分别小于0.1°和0.01(°)/s,满足三轴气浮转台最佳控制精度。结果表明terminal滑模控制方法在小卫星机动稳定任务中具有很高的控制精度和稳定度,能够为小卫星成像任务稳定执行提供良好的基础。     

周视扫描成像系统的转台转速高精度控制

为实现基于转台的像移补偿型周视扫描成像系统的高分辨率稳定成像,提出了一种复合控制算法对永磁同步电机驱动的扫描转台进行转速跟踪控制。根据转台的载荷特点及电机的数学模型,建立了包含机械参数不确定性和快变转矩扰动的单采样率控制系统模型;采用快速非奇异终端滑模和扩张高增益观测器复合控制实现了转速跟踪控制;采用快速非奇异终端滑模实现了最大转矩电流比控制;最后,分析并验证了基于上述复合算法的转速跟踪控制性能。实验表明:在转台转速设定为120 r/min或240 r/min时,采用该复合算法的转速跟踪误差均小于0.1%。与PI控制、快速非奇异终端滑模控制及线性滑模+观测器控制相比,采用该复合算法的转台转速响应具有无超调、抗扰动性能更强、跟踪精度更高的优点,能保证所述周视成像系统获得清晰稳定的周视全景图像。     

一种三轴转台角位置定位校准装置的实现方法

为了解决三轴转台角位置定位参数校准的问题,设计并实现了一种校准装置。该装置由光学编码盘、角度测量杆、测量基准杆、定位安装平台、连接工装、数码显示器等组成,选取光电轴角编码器为角度测量基准,设计了连接工装轴紧密连接、角度测量杆动态连接的半刚性耦合方式。实践证明：该装置具有操作简单、测量速度快等特点,测量准确度能满足三轴转台角位置定位校准的需求     

基于光电码盘的三轴转台测角系统

测角系统是三轴转台的关键系统。目前转台测角系统大多采用模拟电路，原理复杂，不易实现，且精度难以预测。介绍一种基于光电码盘的小型三轴飞行仿真转台测角系统的设计方案以及软硬件的实现。该测角系统具有结构简单、测量精度高、完全数字化控制等特点。实验表明，系统可以满足转台进行小型、微型飞机的半实物仿真的要求。     

导引头稳定平台的扰动补偿及改进滑模控制

为提高导引头稳定平台抗扰性,提出了一种导引头稳定平台的扰动补偿及改进滑模控制策略。首先根据扰动特点将扰动分为摩擦力矩和"剩余扰动"两部分,基于Stribeck摩擦模型辨识摩擦参数,并进行摩擦力矩补偿;采用扩张高增益观测器对"剩余扰动"进行估计,并给出了扩张高增益观测器的收敛条件。然后设计了改进滑模控制器作为稳定回路的控制器实现伺服控制,采用Lyapunov函数证明其稳定性。最后,搭建测试系统分别进行了稳定平台性能测试和导引头性能测试,用于验证跟踪和抗扰效果。实验结果表明,跟踪1(°)/s的梯形波时,提出的控制器有效地补偿了摩擦,同时稳态精度提高了0.032 8(°)/s;给定三轴转台典型幅值和频率扰动下,采用提出的控制器时系统隔离度至少提高了0.57%。表明提出的控制器改善了系统抗扰性。     

基于鲁棒稳定的转台伺服控制系统设计

根据测试转台系统鲁棒稳定和高精度要求,提出采用H∞控制理论对转台伺服控制系统进行优化设计,讨论了控制器的实现,结果表明控制器具有很好的鲁棒稳定性和抑制干扰的能力,系统精度高,满足转台系统设计要求。     

三轴仿真转台设计及动力学耦合分析

首先阐述了转台轴承应拉开合适的间距且装配时使轴承的偏心量同向,及直流力矩电机的选取方法,又给出了三轴仿真转台主要载荷的工程计算方法,然后在ADAMS2003中仿真3个框架分别单独摇摆及分别匀速转动时驱动电机输出转矩情况,再仿真3个框架同时摇摆及同时匀速转动时驱动电机输出转矩的耦合情况,最后进行实验测试,并将实验结果与仿真结果、工程计算结果及最终选取结果进行对比分析,得出3个框架同时转动时,会引起框架间力矩的耦合,驱动电机输出转矩会增加,不考虑3个框架耦合作用的工程计算结果是不准确的,工程设计中选取驱动电机必须以ADAMS中的仿真结果为依据,这就为实际设计中选取驱动电机及进一步的研究工作提供了依据。     

基于扰动力矩观测器的大口径望远镜低速控制

为了增强大口径望远镜跟踪架伺服控制系统的抗扰动性能,提高其低速跟踪精度,提出了基于扰动力矩观测器的力矩补偿方法。该方法采用改进的加减速法控制转台的加减速时间,使得望远镜转台微震;通过测量电机的速度和电流响应曲线,辨识获得望远镜转台的转动惯量。然后,设计了望远镜转台的加速度估计器,根据编码器位置反馈数据,采用双积分和PD控制的方法,估计出当前系统的加速度。最后,基于转动惯量辨识和加速度估计,设计了扰动力矩观测器,根据电机的电流和转台的加速度,计算出外部的扰动力矩,并将扰动前馈补偿到电流控制器的输入端,以修正电流输入参考值。在2m望远镜控制系统中对扰动观测器的性能进行了实验验证,结果表明,加入扰动力矩观测器补偿后,在跟踪斜率为0.36(″)/s的位置斜坡时,跟踪误差值(RMS)由0.012 7″减小到0.007 3″;相比未加入扰动力矩观测器的补偿方法,望远镜的低速跟踪抖动明显减小,提高了伺服系统的低速跟踪精度,实现了对目标的平滑、稳定跟踪。     

双电机驱动的精密伺服转台及控制系统设计

为满足某雷达伺服转台系统高精度、高动静态特性的要求,采取机械消隙和伺服控制算法相结合的方式,设计了一种基于双电机驱动的精密伺服转台及控制系统。首先根据该型雷达伺服转台的指标要求,详细论述了伺服转台及控制系统的设计原理和设备组成,其次在MATLAB/Simulink仿真软件中,建立基于双电机驱动的伺服转台及控制系统的模型,并进行了仿真试验。仿真结果表明,该双电机驱动的精密伺服转台及控制系统具有响应速度快、跟踪精度高的优点,满足该型雷达伺服转台系统性能及精度要求。