鲁棒近似时间最优控制及其在电机伺服系统的应用

提出一种在双积分伺服系统中实现快速无静差定点跟踪的控制方案。控制律以近似时间最优控制律为主体,引入对未知扰动的补偿,通过一个扩展状态观测器对系统中不可量测的速度信号和未知扰动进行估计。从理论上分析了闭环系统的稳定性。把这种控制方案用于一个永磁同步电机的位置-速度环的定点跟踪控制,并进行了Matlab数字仿真和基于TMS320F2812DSP的实验研究,结果表明所设计的控制系统可以对大范围的给定目标进行快速和准确的跟踪,且对扰动和系统参数差异具有较好的性能鲁棒性。     

伺服系统瞬时转速观测与扰动补偿

研究了一种基于扰动观测器的瞬时转速观测方法。该方案较准确地估计电动机瞬时转速，有效地解决了伺服系统低速运行时检测时间滞后较大的问题，明显地改善了转速控制响应特性，并且通过采用补偿控制，提高了转速的抗扰动性能，仿真结果表明了该方案的可实现性和有效性。     

雷达伺服系统的高跟踪精度改进型自抗扰控制器

针对机载雷达伺服系统跟踪机动目标时,载机平台扰动和目标加速度影响跟踪精度的问题,提出对机动目标具有更高跟踪精度的改进型自抗扰控制(I-ADRC)方法。考虑到载机平台扰动因素较多,包含载机机械振动/冲击、外部气流、环境温度及载机姿态变化等,采用系统模型补偿的方法,降低扩张观测器的观测负担,从而解决传统自抗扰控制器中扩张状态观测器(ESO)由于扰动量大引起的观测精度下降问题。此外,采用加速度前馈补偿的方式,消除机动目标加速度引起的系统建模误差。实验结果表明:与传统的PI控制相比,采用改进型自抗扰控制方法的雷达伺服系统跟踪精度高、抗干扰性能好,当目标存在加速度时,也能快速高精度跟踪目标位置。     

位置伺服系统控制算法的研究

传统PID控制在伺服系统高精度位置跟踪和改善系统品质方面已露出诸多不足,且系统中存在的控制干扰和测量噪声会在很大程度上影响伺服系统的跟踪精度.提出一种带有卡尔曼滤波器的重复控制补偿PID和前馈补偿相结合的控制方法.通过仿真证明该控制方法能以较高的精度跟踪周期性输入信号,且有较好的抑制随机扰动和鲁棒性.     

伺服系统滑模变结构扰动及瞬时转速观测器

本文提出了一种滑模观测顺,用于观测伺服系统负载扰动及瞬时转速,不仅可以减小传统的Ｍ／Ｔ法测量速度造成的时间延迟,改善伺服系统动脉性能,而且通过动态转矩补偿控制,提高系统抗负载扰动的能力,仿真结果验证了该方案的有效性。     

加速度反馈在改善电动伺服系统扰动响应的应用

电动伺服系统在设计过程中,由于谐振、噪声、稳定性等问题的影响,系统回路增益和带宽都受到了限制,这导致系统扰动响应变差。针对这一问题,研究了使用加速度反馈来提高扰动响应,通过状态观测器来获取加速度。最后通过仿真,验证了所提方法的有效性。     

快速定位伺服系统的控制器设计

提出一个用于实现快速和准确的伺服定位的控制方案.此控制方案是在近似时间最优控制(PTOC)的框架中嵌入了一种复合非线性反馈(CNF)控制律,并引入一个扩展状态观测器(ESO).其中,CNF控制律包含线性和非线性反馈两部分,分别实现快速的响应和抑制超调,从而提高短距离定位时的瞬态性能;而PTOC控制律则用于在定位误差较大的时候进行最大的加速和减速;通过ESO对伺服系统中的未知速度和扰动进行估计及补偿,以消除稳态误差.针对双积分模型的伺服系统,设计了一个参数化控制器,并用于球杆系统的定位控制.实验结果表明控制系统可以实现对目标位置的快速和准确的定位,并具有较强的性能鲁棒性.     

基于神经元状态的伺服系统自适应广义极点配置控制

提出了一类基于神经元状态估计器的自适应广义极点配置控制，研究了该控制系统的网络结构和权值学习方法。系统仿真实验表明，该控制策略具有结构简单、训练方便，有强壮的鲁棒性和快速性，对于系统不确定、参数时变或含非线性因素等伺服系统是一种有效的控制策略。     

采用扰动转矩观测器的低速电机伺服系统

伺服电机驱动系统的性能受各种量化误差、采样误差,及电机转矩脉动等因素的影响。特别是在低速运行时,速度反馈精度和动态性能都受到极大限制,因此电机往往处于无规律地转和停状态,速度很难控制。该文采用预期电流控制和基于位置信号的含滤波器的扰动观测器相结合的方法,仅使用普通分辨率(1 000 ppr)的光电编码器,就可对一台无槽式永磁同步伺服电动机实现低速运行(1 r/min左右)平稳控制。实验结果表明,所提控制策略效果好、容易实现,有较强的实用性。     

基于 GMS 摩擦力补偿和干扰观测器的高精度速度控制

为了降低机械轴系摩擦力扰动对于伺服控制器在低速运动控制精度的影响,进一步提高传统伺服控制器对于稳定平 台的控制能力,提出了一种基于广义 Maxwell 滑动(generalized Maxwell-slip,GMS) 摩擦力模型前馈和干扰观测器的高精度 摩擦力补偿方案。首先在传统控制基础上引入GMS 摩擦模型前馈补偿对摩擦扰动进行初步的补偿;然后,通过加入干扰观 测器,对残余扰动及其他扰动进行第2次的抑制。利用实物平台对控制方法的低速运动性能进行了测试,对比设计的控制算 法和传统 PI 控制器的控制结果,验证提出的控制策略抑制摩擦扰动的效果。结果表明,基于 GMS 摩擦力前馈和干扰观测器 的控制方案有效的补偿了摩擦非线性、模型不确定性等因素对于控制系统的影响。新方法可将稳定平台低速运动时的控制 误差降低到0.015°/s, 在实际工程中具有较高的应用价值。     

A study on higher‐order disturbance observer and robust stability

In earlier papers, it has been reported that a fast and precise servo system, which has low sensitivity to parameter variation and disturbance, can be realized with simple structure by using a high‐order disturbance observer. However, no clear and simple design method satisfying specifications for robust stability, the influence of measurement noise, and relative stability (damping characteristics) for large parameter variation has been proposed. In this paper, we clarify the class of robust servo systems realized by adjusting the order of the disturbance observer and the control parameters. We apply this strategy to the design of a second delay system, such as a position servo system, and realize a high‐performance robust servo system using a high‐order disturbance observer. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 128(1): 37–44, 1999     

硬盘磁头快速精确定位伺服控制系统的设计

针对以音圈电机作为伺服机构的硬盘磁头定位伺服系统的性能要求,设计了一个参数化的控制器并进行仿真和实验研究。在控制设计中,采用一种复合非线性反馈(CNF)控制技术,以提高控制系统的瞬态性能,达到快速的响应和低超调;通过设计一个降阶观测器对伺服系统中的未知扰动进行估计及补偿,消除扰动可能带来的稳态跟踪误差。仿真和实验结果表明硬盘磁头可以实现对目标磁道快速准确的定位。参数化设计的伺服控制器具有通用性,可推广应用到其他伺服系统。     

抗扰动复合非线性伺服控制器的设计与应用

针对典型的电机伺服系统,提出了一种鲁棒复合非线性伺服控制器的离散域设计方案。把系统的扰动和不确定性归结为一个斜坡信号(其变化率恒定),设计一个降维线性扩展状态观测器,对系统未测量状态和未知扰动加以估计。把设计的控制律应用于永磁同步伺服电机,先在MATLAB上进行仿真分析,随后基于TMS320F28335DSC进行试验测试。结果表明系统在各种类型扰动作用下,对目标位置都能实现快速、平稳和准确的跟踪,具有较好的鲁棒性。     

离散伺服定位系统的复合非线性控制

针对带有扰动和执行器幅值受限的伺服系统,提出一种离散时间复合非线性控制方案,用于实现快速和准确的定点跟踪。此控制方案是在复合非线性反馈控制的框架中嵌入一个扰动估计与补偿机制。其中,复合非线性反馈控制律包含线性和非线性反馈两部分,分别实现快速响应和抑制超调,从而提高瞬态性能;采用一个降阶观测器对系统中的不可量测状态和未知常值扰动进行估计,并用于补偿,从而消除稳态误差。对该控制方案下的闭环系统稳定性进行理论分析。将提出的控制方案应用于一个双积分模型的伺服系统,进行仿真研究,并与一种采用积分控制来消除扰动的复合非线性反馈控制方案进行比较。结果表明所提出的控制方案在定点跟踪任务中具有更好的性能鲁棒性。     

高精确度伺服转台控制系统中的扰动力矩补偿

摩擦力矩和电机波动力矩是影响高精确度伺服转台控制系统位置跟踪精确度的主要因素。针对系统中摩擦力矩和电机波动力矩等扰动力矩补偿问题,提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。基于摩擦观测器提出一种PD前馈控制方法,对系统中的动态摩擦力矩进行了补偿,并利用Lyapunov稳定性理论对所提出的方法进行了系统稳定性分析。结合基于重复控制器的扰动观测器进一步提出一种综合的扰动力矩补偿控制策略。一方面,摩擦补偿方法可以对系统中的摩擦力矩进行补偿;另一方面,插入的重复控制器可以很好地抑制系统中的周期性波动力矩,而扰动观测器则用来补偿重复控制及摩擦补偿时给系统带来的不确定性。仿真结果证明了所提出的方法的有效性。     

基于前馈控制的交流伺服系统高速定位控制

在要求高速、快响应的交流伺服定位系统中,采用普通PID控制很难实现高速定位.在位置环、速度环和电流环的三闭环PID伺服控制系统的基础上,引入电流环和速度环的前馈控制来提高定位控制的性能.通过仿真验证了前馈控制在指令信号跟踪方面的良好效果,然后设计出试验系统,进行了与普通PID伺服控制系统的对比试验.结果表明,引入前馈控制的PID伺服控制系统可以实现交流伺服系统的高速定位控制.     

Nonstationary optimal servo control realizing smooth switching from velocity servo to position servo—experimental study

In mechanical structures such as information precision machinery, the switching from a Velocity Servo controller to a Position Servo controller is often utilized. The author has already proposed a unified design method for both the servo controllers on the basis of a single time‐varying criterion function. Its effectiveness has been verified by numerical calculations. This letter demonstrates the effectiveness of the method experimentally. © 2006 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于摩擦补偿的直流伺服系统变增益自抗扰控制器

针对摩擦非线性影响直流伺服系统控制性能的问题,提出了一种基于LuGre模型的变增益自抗扰控制(VGADRC)方法。建立了含LuGre模型的直流伺服系统微分方程模型。基于该模型设计摩擦补偿与自抗扰控制(ADRC)相结合的复合控制器。该控制器在不增大观测器增益的前提下,利用LuGre模型前馈补偿系统中的摩擦非线性,同时减小量测噪声对系统的影响。此外,为抑制传统线性扩张状态观测器(LESO)初始时刻引起的峰值问题,采用三阶变增益线性扩张状态观测器(VGLESO)对系统中的总扰动进行估计。最后仿真结果表明,采用所提控制方案能有效提高系统的低速跟踪性能和动态性能。