伺服机构中的谐波传动

一、概述目前在机器人、机床、武器系统和天线跟踪系统的位置控制中,已广泛地应用伺服机构。一般控制机构是根据从各种传感器传来的反馈信号,鉴别位置和速度误差,然后由伺服马达作出必要的修正。为了增加驱动扭矩,许多伺服系统都包含有齿轮传动装置。但是,齿轮传动常常限制了伺服机构的性能。例如,齿轮装置中的空回(啮合齿之间的空     

压电陶瓷驱动的长行程快刀伺服机构设计

压电陶瓷驱动的快刀伺服技术是加工光学自由曲面等复杂曲面的有效方法。为了突破压电陶瓷驱动快刀伺服机构的行程局限,本文采用二级杠杆放大机构,设计了一种压电陶瓷驱动的长行程快刀伺服机构,实现了快刀伺服机构的长行程输出性能并消除了机构的寄生位移。基于伪刚体模型和拉格朗日原理对机构进行了动力学建模,综合行程和固有频率性能优化了机构参数并进行了有限元仿真和实验验证。机构等效刚度和固有频率的理论模型和有限元仿真结果误差分别为6.4%和1.6%,验证了理论模型的有效性。实验结果进一步表明,所设计的快刀伺服机构可实现100μm的输出行程同时具有730 Hz的固有频率,验证了所设计机构用于快刀伺服加工的有效性。系统的闭环跟踪实验也验证了系统良好的跟踪性能。     

大量程自由曲面的自适应跟踪测量方法研究

提出一种利用激光位移传感器实现自由曲面自适应跟踪测量的方法。该方法基于闭环运动控制技术,通过由光栅位移传感器及精密移动线性机构组成的伺服随动系统自动调整激光测头位置,以跟踪被测曲面的起伏变化,保证激光位移传感器始终工作在其线性度较高的测量范围内,从而实现对大量程自由曲面的自动测量。实验结果表明:利用激光位移传感器在小测量范围内非线性误差小的特点,集成光栅传感器和伺服机构,可实现大量程自由曲面的高精度测量。     

微进给伺服机构的在线误差前馈补偿

针对微进给伺服机构的基本特性，采用PID校正控制和前馈补偿控制。在此基础上，为进一步减小微进给伺服机构的跟踪误差．提出在线误差前债补偿控制方法。理论分析证明，该方法可以提高微进给伺服机构的控制精度而不影响系统的稳定性。实验结果表明，采用这种误差补偿方法，系统控制精度可以达到±3μm。     

外置式激光跟踪测距系统球形跟踪伺服机构的研究

介绍了外置式激光跟踪测距系统的原理 ,采用球形跟踪伺服机构的设计思想 ,设计了两维旋转跟踪伺服机构 ,并进行了试验研究。试验结果表明该机构具有结构简单、跟踪精度高、动态性能好的特点。     

多边法激光三维坐标测量系统及其跟踪机构设计

为实现对空间目标三维坐标的测量,研究出一种基于多边法的激光三维坐标测量系统。系统使用了四路激光跟踪干涉仪,通过冗余设计使系统具有许多独到的功能特点。由于跟踪机构的性能对整个测量系统的影响大,为此设计了一种独立式跟踪机构。介绍了系统的工作原理和主要功能特点,论述了跟踪机构的工作原理、结构及其误差。对有关实验的方法、结果做了简要论述。     

斜盘式轴向柱塞泵伺服变量机构设计计算

斜盘式轴向柱塞泵伺服变量机构,具有调节柱塞泵流量,控制扭矩、功率的作用.该文简要介绍其工作原理和伺服机构简化设计计算的方法.     

液压伺服驱动机械手运动轨迹跟踪控制误差研究

针对液压伺服驱动机械手运动轨迹跟踪误差较大的问题,引用改进神经网络PID控制器,对控制效果进行了验证.创建了机械手运动机构平面简图,推导出机械手末端执行器运动的几何关系式,阐述了伺服阀控制工作原理,给出了压力和流量控制方程式.采用改进粒子算法优化神经网络PID控制器,给出了机械手液压驱动控制的在线控制流程图.结合具体实例,将初始参数输入到Matlab软件中进行轨迹误差仿真,并与PID控制误差进行比较.误差结果表明:采用改进神经网络PID控制,产生的最大误差为3.3×10~(-2) m,误差波动程度较小;采用PID控制,产生的最大误差为6.7×10~(-2) m,误差波动程度较大,机械手液压伺服驱动采用改进神经网络PID控制,能够提高机械手运动轨迹跟踪精度.     

面向伺服动态特性匹配的轮廓误差补偿控制研究

在多轴数控加工中,轮廓误差直接决定零件最终加工精度。交差耦合控制和任务坐标系法通过估计轮廓误差,并设计轮廓跟踪控制器来提高轮廓精度。这两种方法存在大曲率位置轮廓误差估计精度差,轮廓控制增益整定依赖于工程经验等问题。为此,从伺服轴动态特性匹配出发,提出了一种基于轮廓误差精确计算的轮廓误差补偿控制方法。根据足点定义,采用解析方法快速准确计算轮廓误差。将轮廓误差分量分别补偿到各伺服轴的速度环和转矩环,提高各伺服轴动态特性的匹配程度。采用两维和三维NURBS曲线开展轮廓跟踪试验。试验结果表明:所提出的轮廓误差计算方法可以精确求解轮廓误差;所提出的轮廓误差补偿控制方法不需要建立轮廓误差与伺服跟踪误差间的映射关系,且可通过调整控制器增益定量显著减小轮廓误差。     

电液伺服加载系统四连杆机构控制器设计

该文针对飞机起落架电液伺服加载过程中非线性传动机构的动态特性进行分析。确认在动态加载过程中因四连杆机构的非线性特性造成的系统动态跟踪效果不佳的具体原因,基于逆系统的思路找到了一种非线性数学模型与PID控制器结合的控制方法。采用模型预测的方法对系统进行误差补偿。使用简化了的电液伺服作动系统数学模型与该控制方法进行MATLAB/simulink仿真。使用此方法大大提高了起落架加载系统的动态跟踪性能。     

Adaptive sliding mode enhanced disturbance observer-based control of surgical device

This paper presents an enhanced adaptive robust disturbance observer-based motion tracking control methodology. This control approach is established and investigated for a semi-automated hand-held ear surgical device for the treatment of Otitis Media with Effusion. The proposed control methodology is utilised for tracking a desired motion trajectory in the presence of unknown or uncertain system parameters, nonlinearities including hysteresis, and disturbances in the motion system. The stability of the control approach is analysed. The convergence of position and velocity tracking errors is proven theoretically. A precise tracking performance following desired motion trajectory is demonstrated in the experimental study.     

Novel AC Servo Rotating and Linear Composite Driving Device for Plastic Forming Equipment

The existing plastic forming equipment are mostly driven by traditional AC motors with long transmission chains, low efficiency, large size, low precision and poor dynamic response are the common disadvantages.In order to realize high performance forming processes, the driving device should be improved, especially for complicated processing motions. Based on electric servo direct drive technology, a novel AC servo rotating and linear composite driving device is proposed, which features implementing both spindle rotation and feed motion without transmission, so that compact structure and precise control can be achieved. Flux switching topology is employed in the rotating drive component for strong robustness, and fractional slot is employed in the linear direct drive component for large force capability. Then the mechanical structure for compositing rotation and linear motion is designed. A device prototype is manufactured,machining of each component and the whole assembly are presented respectively. Commercial servo amplifiers are utilized to construct the control system of the proposed device. To validate the effectiveness of the proposed composite driving device, experimental study on thedynamic test benches are conducted. The results indicate that the output torque can attain to 420 N·m and the dynamic tracking errors are less than about 0.3 rad in the rotating drive. the dynamic tracking errors are less than about 1.6 mm in the linear feed. The proposed research provides a method to construct high efficiency and accuracy direct driving device in plastic forming equipment.     

永磁同步电机位置伺服系统改进变结构自抗扰控制

为进一步提高传统变结构自抗扰控制器的控制精度,增强永磁伺服驱动系统的抗干扰能力,提出一种改进变结构自抗 扰控制策略。 该方法在基于变结构原理设计的扩张状态观测器中引入位置、速度的观测误差以实现状态变量的无差估计,采用 基于指数趋近律设计的非线性状态误差反馈控制律实现线性控制与非线性控制的平滑过渡,并在此基础上引入位置跟踪误差, 提高伺服系统的跟踪性能。 通过实验分析比较了改进变结构自抗扰控制与传统变结构自抗扰控制两种控制策略,结果显示改 进控制策略较传统控制策略的位置跟踪误差减少了约 30% 。 当负载突变时,传统控制策略的跟踪误差约为负载突变前最大跟 踪误差的 3. 4 倍,而改进变结构自抗扰控制策略仍能准确跟踪给定信号。     

高温工况下热工参数测量的系统解决方案的研究

热参数测量的巨大需求是为了准确测量温度监测参数,以提高电力设备的安全性和效率,确保设备的安全运行。然而,在电力生产本身,由于各种原因,热参数测量不正确可能会不时发生,这会导致热保护系统发生故障或停止。该文总结分析了设备运行过程中常见的测温问题,提出了维护和操作解决方案。     

Adaptive output control of a mobile manipulator hanging from a quadcopter unmanned vehicle

This article summarizes the comprehensive design of an adaptive control that solves the trajectory tracking of a four-rotor unmanned aerial vehicle supplied by an own-designed grasping device. The controller design uses the regular proportional–derivative (PD) structure which is common to solve regulation, as well as tracking problems for robotic systems. The PD structure needs the estimation of the time-derivative to be exerted on-line. The super-twisting algorithm served to operate as a decentralized estimator of the derivatives for the tracking errors. The controller gains were adjusted by the differential laws aimed to track attainable reference trajectories. The adaptive strategy adjusts the controller gains enforcing the convergence of both the estimation and the tracking errors. A numerical example showed the observer/controller performance. A comparison with a classic non-adaptive PD controller confirms the effectiveness on the tracking task by the proposed design. In addition, a set of virtual numerical evaluations using the parameters of a real quadcopter system confirmed the performance benefits of the adaptive controller based on the PD structure aided with the estimation of the velocity obtained by the observer.     

基于零相位误差跟踪控制器的轮廓误差交叉耦合控制

针对高精密轮廓加工，在分析系统轮廓误差的基础上，通过减小跟踪误差来间接减小轮廓误差，提出了将交叉耦合控制器和零相位误差跟踪控制器相结合的控制策略。交叉耦合控制器用以增加各轴之间的匹配程度，以减小轮廓误差；零相位误差跟踪控制器作为前馈跟踪控制器，提高了快速性，使系统实现准确跟踪。仿真结果表明所提出的控制方案是有效的，能达到良好的轮廓跟踪效果，从而提高了轮廓加工精度。     

基于计算机视觉的轮对轮缘磨耗动态测量方法的研究

应用计算机视觉技术动态测量轮对轮缘磨耗的尺寸,研究了电荷耦合器件(CCD)隔行扫描造成的运动模糊的消除、图像平滑、图像二值化、中心线提取、标定等技术,发现中值滤波平滑处理图像的精度高,最大类间方差法分割图像效果好,变窗"跟踪虫"轮廓跟踪法提取光带的中心线完整。现场检测结果和人工测量进行比较,结果表明:测量系统可以快速准确地实现轮对轮缘磨耗动态测量,检测误差不超过0.3 mm,满足车辆段现场动态检测的要求。     

基于广义预测相邻耦合理论的多点顶推系统同步控制策略

针对多点顶推系统的同步控制问题,提出了一种广义预测相邻耦合同步控制策略。根据多变量广义预测理论,建立了多缸电液伺服系统的CARIMA模型。结合相邻耦合控制理论,构造了同步误差观测器,预测了同步误差。对广义预测控制算法进行了改进,在性能指标中嵌入跟踪误差与同步误差及其差分量,确保同步误差与跟踪误差在全局范围内并渐进收敛于零。实验表明该策略较之主从式PID控制策略,具有更好的跟踪性能和同步性能。     

用动态水平基准测量系统实时测量船体横扭角和纵挠角

设计了动态实时水平基准测量系统,讨论了用该测量系统测量远望号测量船变形角的可行性及利用该系统测量船体横扭角和纵挠角的原理和误差项。依据测量船的实际需要确定了动态水平基准测量系统的关键技术指标,并分析了测量船体横扭角和纵挠角的测量精度。分析结果表明：系统对船体横扭角和纵挠角的测量误差均不大于3″,测量距离理论上不受任何限制,远大于200 m(测量船船体长度)。利用现有外场试验条件进行了码头停靠状态下远望号测量船两测量点间的船体横扭角和纵挠角测量试验,结果表明：利用动态水平基准测量系统实时测量船体横扭角和纵挠角的方法切实可行,不仅提高了测量精度,而且克服了传统的大钢管基准测量法体积大、重量沉,装调及维护困难等缺陷。实验显示,该动态实时水平基准测量系统的应用领域相对广泛。     

基于磁传感器阵列的消化道微型诊疗装置定位跟踪方法

实时定位与跟踪是消化道微型诊疗装置实际应用中必须解决的关键问题。提出了一种基于三轴磁感传感器阵列的实时定位跟踪方法,使用磁偶极子模型作为永磁体的磁场分布模型,用4×4的三轴磁感传感器阵列检测永磁体的空间磁场,通过控制电路和USB接口适配器将检测出的信号传入计算机,最后由定位程序使用非线性最优化方法由磁场信号解出永磁体的位置和姿态信息。设计了磁定位系统,建立了三维实验平台,并开展了定位,模拟肠道轨迹跟踪和介质材料影响等实验。实验结果表明该系统能够对内置小型永磁体的电子胶囊的位置和姿态进行非接触测量,对于距离传感器阵列平面150mm的电子胶囊,平均定位精度小于7mm,平均定向精度小于6度,该系统能够对在距离传感器阵列平面80mm至250mm的模拟肠道内运动的电子胶囊实现轨迹跟踪,并且定位精度对人体、织物、塑料等非磁性介质不敏感。该系统基本能够满足消化道微型诊疗装置在体内的实时定位与连续跟踪的要求。