跟踪系统中多闭环控制模式的分析和实现

实现高精度跟踪,尤其在外界干扰力矩下,必须增加系统刚度来提高系统的扰动抑制能力.提出将加速度反馈引入常规的跟踪系统控制方式中,实现了由电流环、加速度环、速度环、位置环构成的四闭环控制模式.高增益的加速度反馈为系统提供一个响应更快、带宽更宽的内环,克服了单纯速度反馈带宽窄的特性.首先从理论上分析和证明了该方法的意义,多闭环控制模式可以提高系统的刚度,从而增强系统的抗扰动能力;同时,在加速度反馈的基础上研制前馈控制器,能够进一步提高大速度目标的跟踪性能.在某一实际的系统中对多闭环控制模式进行了实验验证,结果表明:同以往的控制方法相比扰动抑制带宽由15 Hz 提高到30 Hz ;并且在10 Hz 以下频率获得了-30 dB 抑制能力.     

基于复合前馈补偿的混合磁悬浮CMG转子主动振动控制

为实现混合磁悬浮控制力矩陀螺转子高速旋转时产生与转速同频振动的主动控制,分析被动磁轴承径向平动自由度耦合磁力随转子径向扭转角的变化规律,提出基于复合前馈补偿的混合磁悬浮转子主动振动控制方法;在同频位移刚度力超前前馈补偿中考虑被动磁轴承径向耦合磁力影响,并在两径向通道之间补偿同频耦合电流刚度力。仿真结果表明,该方法可使同频轴承力减小至未补偿前的9.3%,从而验证该方法的有效性。     

舵机电液伺服加载复合控制方法研究

为解决飞机舵面加载控制中出现的强干扰、耦合等问题,分析被动式加载系统中干扰力矩的特点,对前馈补偿方法中存在的高阶微分补偿控制器物理上难以实现以及模型失配问题,提出了基于改进型前馈补偿结构和FCMAC-PID控制算法相结合的复合控制方法.在前馈补偿控制器设计中采用加载马达输出转轴角速度作为补偿输入,该种补偿器不仅有效地消除了多余力矩,而且降低了整个系统以及补偿器的阶次.针对普通PID控制器快速性和稳定性之间的矛盾,研究了FCMAC-PID控制器,在保证稳定性的同时快速性得到了改善.仿真表明:采用补偿复合控制器可以有效消除扰动,系统能快速准确跟踪载荷谱.     

惯性平台稳定回路多闭环串级控制

针对惯性平台稳定回路中采用速率陀螺构成单速度环伺服控制系统的不足,本文提出采用直流测速机为电机转速测量反馈元件构成数字速度内环,采用陀螺为载体转速测量元件构成数字稳定外环组成双速度闭环串级控制结构.在常规的跟踪系统PI控制方式中,实现了由电流环,速度环,稳定环构成的三闭环控制模式,并和电流环,单速度稳定环构成的双闭环控制方式进行比较.实验结果表明:在扰动频率较高环境下,采用单速度环即可获得较好的稳定精度.而采用双速度环提高了系统对低频的抑制能力,并且对摩擦等非线性因素有更好的抑制作用.     

光电跟踪系统力矩波动的自抗扰控制

为解决光电跟踪伺服系统受电机力矩波动影响产生的速度波动问题,提出了一种改进的自抗扰控制策略进行力矩波动补偿。该算法主要由两部分组成:通过扩张状态观测器辨识出系统扰动,然后将该扰动前馈到系统控制量中去,构成复合校正系统;反馈通道中采用两参数的比例微分控制器,可以保证系统的稳定性和良好的动态特性。仿真分析和实验结果表明:与同等闭环控制带宽的PI控制器相比,自抗扰控制器可以提高系统对扰动力矩的抑制能力,采用自抗扰补偿时,速度误差的峰值由1.88%降低到0.65%,速度误差的均方根值由0.8%降低到0.2%。实验结果证明提出的方法能够有效降低电机力矩波动的影响,提高速度平稳性。     

陀螺稳定跟踪平台的滑模摩擦补偿双环控制研究

研究了应用于小型地面移动机器人的陀螺稳定跟踪平台的控制原理及控制效果.对陀螺稳定跟踪平台单环控制结构进行了分析,指出平台受到的外来力矩干扰是稳定环在惯性空间受到的载体姿态变化的干扰和电机传动轴受到的轴间摩擦力的干扰.针对这种情况,将滑模控制(SMC)应用于陀螺稳定平台的速度环摩擦补偿控制,结合PID稳定环,构造了PID...     

基于离心力和陀螺力矩效应的“主轴-轴承”系统动力学特性研究

研究“主轴-轴承”系统在高转速场中受离心力和陀螺力矩影响的动力学特性对于提高主轴系统运行稳定性有重要的作用。在扩展Harris滚动轴承非线性分析模型、建立滚动轴承耦合刚度矩阵的基础上,建立了一种综合考虑主轴离心力效应和陀螺力矩效应的“主轴-轴承”系统动力学数字模型,并借助锤击模态实验验证了其准确性;分析论述了主轴离心力效应、主轴陀螺力矩效应及滚动轴承运行刚度对“主轴-轴承”系统在高转速场中的动力学特性的影响规律。通过模型分析计算表明：当轴承处于超轻预紧（EL）工况时,主轴的高速效应比轴承运行刚度对“主轴-轴承”系统动力学特性的影响更大,尤以主轴陀螺力矩效应的影响最为突出。     

提高光电稳定平台伺服控制刚度的方法

伺服控制是光电稳定平台的关键技术之一.提高控制刚度能够增强隔离载体扰动的效果,但同时可能导致系统不稳定.论文结合理论和试验建立了光电稳定伺服控制系统的简化数学模型,推导出系统控制刚度表达式,指出提高控制刚度的方法;利用劳斯判据求解出系统稳定的解析条件式,描述了稳定性与控制刚度之间的矛盾,并指出陀螺是矛盾关键.论文研究结论得到了仿真和试验验证,对工程实践具有参考价值.     

角度无静差陀螺稳定光电探测平台设计与实现

应用于地面战车的高精度陀螺稳定和跟踪装置在开炮瞬间会受到强烈冲击,易造成陀螺损坏及平台翻台.针对此问题,选用抗冲击力强的光学速率陀螺作为敏感元件,并针对速率陀螺反馈加传统PID控制不能实现稳定角度无静差的问题,尝试了一种PⅡ2(比例 积分 二重积分)加前置滤波的校正形式,通过极点配置的方法设计了平台速度稳定环与位置指令环.在3 000gcm干扰力矩的作用下,动态误差为30",静态角误差为零.结果表明,采用PⅡ2的控制结构,提高了系统的稳定刚度和稳态精度.     

High-order terminal sliding mode control for induction motors based on current decoupling

为提高感应电机转速控制系统的性能,提出了速度环、电流环的高阶非奇异终端滑模控制方案.该方案通过设计非奇异终端滑模面来提高系统的响应速度和控制精度;通过设计高阶滑模控制律以直接获得平滑的控制信号,有效削弱常规滑模的抖振现象;对速度环,考虑了系统负载转矩和转动惯量的变化,所设计的高阶滑模控制律使系统具有良好的鲁棒性;对电流环,利用电压补偿实现交、直轴电流完全解耦,提高电流控制器的动态性能.仿真结果表明,该方案有效地消除了常规滑模存在的抖振现象,并且跟踪精度高,对负载扰动及转动惯量变化具有较强的鲁棒性.     

Coupling Between an Accumulator and a Loop in a Mechanically Pumped Carbon Dioxide Two-Phase Loop

By means of experiment and simulation, we investigated the coupling between the accumulator and the loop in the Tracker Thermal Control System (TTCS) system, which is a typical mechanically pumped carbon dioxide two-phase loop, by studying the system behaviors under the disturbance of the temperature boundary of the condensers, and the step change of the evaporator heat load. We found that the disturbance of the loop affects the accumulator, and in turns, affects the loop itself. If the heat compensation of the accumulator is large enough, e.g., by using the accumulator heater with enough heating power and with a thermal conductance good enough between the heater and the two-phase CO₂ inside the accumulator, the loop is controllable over the disturbance. The coupling is a fundamentally important factor to be considered for the design of a stable and controllable two-phase system, such as a mechanically pumped two-phase loop.     

Novel algebraic meal disturbance estimation based adaptive robust control design for blood glucose regulation in type 1 diabetes patients

This study designs a robust closed‐loop control algorithm for elevated blood glucose level stabilisation in type 1 diabetic patients. The control algorithm is based on a novel control action resulting from integrating algebraic meal disturbance estimator with back‐stepping integral sliding mode control (BISMC) technique. The estimator shows finite time convergence leading to accurate and fast estimation of meal disturbance. Moreover, compensation of the estimated disturbance in controller provides significant reduction in chattering phenomenon, which is inherent drawback of sliding mode control (SMC). The controller is applied to one of the most reliable models of type 1 diabetic patients, named Bergman''s minimal model. The effectiveness and superiority of the designed controller is shown by comparing it to classical SMC and super‐twisting sliding mode control. The designed controller is subject to three different cases for detailed analysis of the controller''s robustness against meal disturbance. The three cases considered are hyperglycaemia, hyperglycaemia combined with meal disturbance and three meal disturbance. The simulation results confirm superior performance of algebraic disturbance estimator based BISMC controller for all the cases mentioned above.Inspec keywords: closed loop systems, robust control, sugar, medical control systems, variable structure systems, control system synthesis, blood, nonlinear control systems, adaptive control, diseasesOther keywords: adaptive robust control design, blood glucose regulation, type 1 diabetes patients, closed‐loop control algorithm, elevated blood glucose level stabilisation, type 1 diabetic patients, novel control action, algebraic meal disturbance estimator, mode control technique, accurate estimation, estimated disturbance, super‐twisting sliding mode control, algebraic disturbance estimator, BISMC controller, algebraic meal disturbance estimation, back‐stepping integral sliding mode control technique     

基于自抗扰控制的直流微电网双向Buck-Boost变换器控制策略研究

为了降低直流微电网母线电压的波动,提出基于自抗扰控制的双向Buck-Boost变换器控制策略。运用直流母线电压外环、直流变换器电感电流内环的控制方法实现直流微电网与储能系统之间的能量双向流动。进一步提出基于扩张状态观测器观测输出总扰动,包括负载电流和母线电压的变化,在负载扰动电流影响系统的直流母线电压最终输出前,主动从外环被控对象的输入信号电感电流或输出信号母线电压中提取扰动信息,然后尽快用控制信号将其消除,从而大大降低其对被控量的影响,以有效抑制暂态直流母线的电压波动和冲击,在母线电压产生波动时能够快速恢复到正常的工作状态。仿真验证表明:储能系统可以通过控制策略实现能量的双向传递,并且当母线产生功率波动和电流冲击时,储能系统可以使直流母线电压稳定,提高了系统的可靠性。     

基于双DSP的导引头数字控制系统设计

分析了导引头伺服系统的结构及其预置、稳定、搜索和跟踪等回路的功能.设计了基于双DSP结构的导引头伺服系统控制器,以实现导引头的通信、扰动隔离以及目标跟踪等功能,介绍了其硬件与软件实现方法.分析了导引头伺服系统的扰动隔离与目标跟踪原理,并以方位轴稳定回路为例,提出了基于dSPACE半实物仿真系统的数字控制器设计方法.扰动隔离仿真与目标跟踪试验结果表明:所设计的导引头数字控制系统具有较高精度,基本满足导引头的扰动隔离与目标跟踪功能.     

弱光61单元自适应光学系统的控制优化

在自适应光学系统中,波前校正残误差主要由未完全补偿湍流所引起的误差和系统闭环噪声组成。基于一阶比例－积分控制器分析了弱光６１单元适应光学系统的控制特性。在此基础上风云地非Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ湍流情况,提出一种根据实际测量的大气湍流波前扰动功率谱来确定系统,针对非Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ湍流情况,提出一根据实际测量的大气湍流波前扰动功率谱来确定系统最优控制带宽的新方法。应用这种方法对弱光６１单元自适应光     

一种挠性航天器的自适应姿态控制与振动控制

挠性航天器三轴姿态控制与振动控制需要处理复杂的姿态运动学耦合、动力学力矩耦合、挠性模态与刚体的动力学耦合,以及在轨航天器挠性附件的参数不确定等问题。基于频带分离方法分别设计了姿态控制器和振动控制器,其中的挠性附件振动对姿态的影响以时变干扰模型进行考虑。利用奇异摄动理论,设计了姿态控制器。该控制器由快速角速度环和慢速角度环两回路组成,采用具有较强抗干扰能力的积分型SDRE（State-Dependent Riccati Equation）控制器进行姿态指令跟踪。对于挠性振动,设计了独立模态控制的正位置反馈（PPF）控制器,通过对一阶控制器参数进行调节,使系统当存在结构不确定或参数变化的情况时仍能较好地收敛,保证了系统的鲁棒性。最后仿真表明了在干扰力矩下姿态的稳定性和振动的快速抑制。     

基于TLESO/HLESO/RLESO的PMSM调速系统研究

为了提高永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor,PMSM）调速系统的抗扰动和噪声抑制能力,针对PMSM转速环设计了3种线性自抗扰控制器（linear active disturbance rejection control,LADRC）,即传统线性自抗扰控制器（traditional LADRC,TLADRC）、高阶线性自抗扰控制器（high-order LADRC,HLADRC）和降维线性自抗扰控制器（reduced-order LADRC,RLADRC）。各LADRC的区别在于线性扩张状态观测器（linear extended state observer,LESO）的不同,即传统线性扩张状态观测器（traditional LESO,TLESO）、高阶线性扩张状态观测器（high-order LESO,HLESO）和降维线性扩张状态观测器（reduced-order LESO,RLESO）。采用叠加原理对各LADRC控制转速环的稳定性进行了证明,同时对各LESO的收敛条件进行了分析。通过对各LESO的频域分析可得出：TLESO的相位滞后最大,其扰动估计能力最弱;HLESO在中高频段的幅值增益最大,其鲁棒性最差;RLESO相位滞后最小,扰动估计能力最强。最后,在MATLAB/Simulink环境下,对各LADRC控制的转速环进行仿真,仿真结果验证了频域分析的结论,即TLADRC在抗扰动时转速曲线有最大的转速降,HLADRC在抗扰动时转速曲线有振荡,而RLADRC同时具有优良的抗扰能力和抑制噪声能力。所得出的结论可为LADRC应用中LESO的选取提供有力的支持,为PMSM调速系统的优化设计提供理论依据。     

永磁同步电机抗干扰复合滑模控制器的设计

目的 在灌装、封口等包装作业过程中,提高永磁同步电机的快速响应和抗干扰能力,同时减少控制系统的抖振现象。方法 提出一种复合滑模控制策略,设计一种能适应滑模面和系统状态变化的分段速率滑模趋近律,将其与新型积分滑模面结合,设计一种带速度环的滑模控制器。同时,设计一个干扰观测器,用于估计闭环系统的扰动,并将估计后的扰动实时补偿到控制器的输出电流中,构建复合控制器。结果 仿真结果表明,设计的控制器能够显著提高收敛速度,并有效减少了控制系统的抖振,从而提高了动态质量。此外,干扰观测器与控制器结合的复合控制器可以提高系统的抗干扰能力,从而进一步提高了控制性能。结论 文中提出的复合滑模控制策略可以有效提高永磁同步电机调速系统的动态性能,减少控制系统的抖振,为实现高效、稳定的控制提供了有效的解决方案。     

导引头伺服系统的输出多采样率变结构控制

针对弹体耦合干扰力矩,摩擦力矩及参数扰动对导引头伺服系统跟踪性能的影响,基于输出多采样和区域极点配置技术,研究了导引头伺服系统的输出多采样率变结构控制,给出了确定控制器参数的方法.所设计的控制器能保证闭环系统是有界稳定的,且无需利用系统的状态作为反馈而仅利用输出采样来设计控制器,因而无须伺服机构中安装测速单元,有效节省了机构的体积和重量,有较强的实用性且易于实现.仿真结果表明,所设计的控制器对弹体耦合干扰力矩及系统参数扰动有较强的鲁棒性,且具有较高的跟踪精度,因而在导引头伺服系统这类对体积和质量有严格限制的伺服系统中具有较好的应用前景.