基于迭代学习的电动直线加载复合控制

为测试某型航天用电动伺服机构的实际工作性能,设计一种以大导程精密滚珠丝杠副为力矩/力转换元件的电动直线加载系统。为克服电动直线加载系统多余力扰动问题,提出一种引入角速度前馈补偿、串入电流内环和位置内环的多闭环复合控制策略;采用一种以分数阶PIλDμ控制器作为力外环的反馈控制、分数阶迭代学习控制(FO-ILC)作为补偿控制的方法。直线加载仿真实验和多余力抑制仿真实验表明,所提控制策略较好地抑制了直线加载多余力。     

电动直线负载模拟系统建模与混合校正分析

为测试直线舵机的综合性能,设计了一种由永磁同步电机和滚珠丝杠副进行中间力转换的电动直线负载模拟系统,并建立了该系统的数学模型,结合系统的控制方程,分析了系统的稳定性和多余力矩产生机制,并提出了一种速度环补偿策略,有效抑制了多余力矩;为提高系统加载精度和动态性能,采用非均匀三角隶属度函数的模糊PID控制取代传统PID控制。实验结果表明:该控制算法能够提高力加载跟踪精度和系统动态性能,满足"双十指标",具有一定的工程参考价值。     

基于LabVIEW的电动伺服阀加载测控系统

针对传统电磁阀电磁滞后等不足,用某型电动伺服阀取代电磁阀以满足姿轨控发动机的高推力、高精度要求。为对其进行半实物仿真测试,基于伺服旋转电机加滚珠丝杠,设计了电动伺服阀综合性能加载测控系统。硬件采用先进的PXI总线搭建,软件采用Lab VIEW作为上位机平台,具体设计了主程序、实时程序及通信方式;为抑制伺服阀的位置扰动并提高加载精度,提出一种前馈位置补偿和力闭环PID控制的方法。实验结果表明:用该系统有效地测试了电动伺服阀承受外载能力及其输出位移精度,且满足"双十指标"。     

飞机舵机电动负载模拟器非线性干扰补偿控制

针对飞机舵机电动负载模拟器存在多余力矩、摩擦及外部扰动等非线性干扰问题,重建飞机舵机电动负载模拟器数学模型,提出一种基于非线性干扰观测器的新趋近律滑模补偿控制。一方面,建立基于LuGre模型的摩擦观测器,通过反演法设计滑模控制器以补偿摩擦干扰、抑制多余力矩,同时设计新趋近律以减轻滑模抖振、缩短收敛时间;另一方面,设计非线性干扰观测器对外部扰动进行实时观测,以达到控制补偿目的。仿真实验发现,在20 Hz条件下,系统力矩输出幅值差为0.2%,相位差为0.04%,表明所设计控制器能够抑制多余力矩、减轻摩擦及外部扰动影响,有效提高系统跟踪精度。     

直线负载模拟器及其新型CMAC改进算法控制

为检测某型直线阀是否能够达到姿/轨控发动机的推力要求,基于旋转电机加滚珠丝杠的方式,设计了一种直线负载模拟器(LLS)。为抑制多余力,提出一种基于电流环、位置环及力环的多闭环复合控制策略,并在力外环采用一种基于二维非均匀量化的新型CMAC改进算法,引入量化距离来确定高斯权重,并提出一种能够抑制"过学习"现象的新型权重学习方法。仿真及实验结果表明,该方法能够有效地抑制电动直线阀输出位移所带来多余力的干扰,明显地抑制了传统CMAC过学习现象,提高了LLS加载精度。     

电动直线加载系统多闭环复合控制

为实现对某型航天用直线运动伺服系统的半物理实物加载测试,设计了一种模拟其实际受载的电动直线加载系统。针对电动直线加载系统多余力矩强扰动及其他非线性因素影响力矩跟踪精度的问题,提出一种引入前馈补偿,以力矩闭环作为外环、转速闭环为内环的多闭环复合控制策略,并在力矩外环采用模糊自适应PID控制器。给定阶跃信号和正弦载荷进行直线加载跟踪性能对比仿真分析,结果表明在不同频率下有效满足跟踪性能要求;在不同扰动频率和幅值情况下进行多余力矩抑制对比仿真分析,与传统闭环相比,多闭环复合控制策略有效地抑制了加载系统的多余力矩,提高了直线加载跟踪精度和系统动态响应性能。     

影响电动直线负载模拟器性能的因素分析

为实现对某型直线舵机性能参数加载测试,设计了一套电动直线负载模拟器。针对系统中存在的多余力矩扰动和非线性因素干扰等问题,对系统输出的影响因素进行了研究。首先结合加载系统结构和工作原理,建立数学模型,得到输出力的传递函数和具体影响因素;然后依次研究系统机械连接刚度、加载电机的输入力、直线舵机的运动形式、机械摩擦和间隙等非线性时变量对系统加载力输出的影响,并采用频域分析和谐波跟踪等方法进行性能评估;最后结合具体实验曲线,对加载力谐波畸变中的死区和平顶现象进行定性分析,为进一步提高电动直线负载模拟器动态特性和信号跟踪准确度提供了理论依据。     

基于磁粉制动器加载的滚珠丝杠试验台设计

针对航天伺服机构用精密滚珠丝杠传动在高速、高承载条件下良好的动态特性的要求,展开对精密滚珠丝杠在高速运动和加载条件下的动力学和热力学等特性的研究,设计出了一种基于磁粉制动器加载的滚珠丝杠副试验台,试验台主要包括:机械结构部分、控制系统、加载系统及数据采集系统。经调试运行,结果表明利用该试验台可以对滚珠丝杠副的传动效率、振动、模态、温升等性能进行测试,为滚珠丝杠副试验台的后续研发设计及滚珠丝杠副综合性能的优化提供了宝贵经验。     

舵机电动伺服加载控制系统的设计与研究

针对电动舵机加载要求,设计了以交流伺服电机做加载设备的舵机电动伺服加载实验台。此加载装置用于测试电动舵机在近似于真实工作环境下承受各种载荷时,电动舵机可能出现的状况。给出电动加载系统的整体结构及其工作原理,介绍所采用的抗电磁干扰措施。建立电机和力矩传感器的数学模型,给出加载实验台的静、动态性能测试结果。实验结果证实加载试验台可以满足设计要求。     

基于MPC和DOB的直线伺服控制系统设计

数控机床用永磁直线同步电动机(PMLSM)在高速度高精度加工时存在的系统滞后、外部扰动、系统参数变化等不确定因素严重影响伺服系统的控制性能。为解决这一问题,提出将模型预测控制器(MPC)和扰动观测器(DOB)相结合的预测鲁棒控制系统。采用MPC作为前馈控制器,通过模型预测、滚动优化和反馈校正来提高系统的跟踪性能;采用DOB对外部负载等不确定性扰动进行观测和抑制,进而提高系统的鲁棒性,达到同时提高系统跟踪性能和鲁棒性的目的。仿真实验表明:所提出的控制方法是有效可行的,明显地提高系统的控制精度。     

滚珠丝杠副直驱加载位置精度测试研究

为实现滚珠丝杠副精度寿命测量,设计了直驱加载加速衰退测试系统。研究了滚珠丝杠副位置精度测量原理及计算方法;基于开放式数控系统,开发了测控一体系统。由直线电机模拟滚珠丝杠副动态载荷,进行了加速跑和测试实验,对测量结果进行了拟合分析。结果表明,文中采用的方法能够快速实现滚珠丝杠副的加速跑和测试,丝杠位置精度寿命退化符合偏移指数规律。     

基于改进萤火虫算法的电动负载模拟系统设计

针对飞机舵机电动负载模拟系统因非线性干扰和多余力导致加载性能不良的问题,采用直线音圈电机改变传统加载方式,并提出一种基于不完全随机萤火虫算法、结合扰动信号前馈控制和多工况专家控制的复合控制策略。在前馈环节,以舵机输出位置信号作为扰动,计算并设计前馈补偿控制器对其进行抑制;在反馈环节,采用多工况专家控制,通过对模拟气动载荷工况和误差信号的判断,设计专家控制规则;同时,利用不完全随机初始化法和动态变步长搜索法对萤火虫算法进行改进,使其完成对专家控制的参数寻优。仿真结果表明,系统在复合控制器作用下的加载精度和加载误差均优于传统PID控制系统,对多余力的抑制程度可达78%,控制性能得到明显提升。     

滚珠丝杠副可靠性试验台测控系统设计

根据滚珠丝杠副可靠性试验的要求,设计了滚珠丝杠副试验台的测控系统。首先介绍了滚珠丝杠副可靠性试验台的结构构成,通过对试验台所需要实现功能的分析,主要介绍了试验台的驱动系统、加载控制系统、数据采集系统的设计,并提出测控系统的硬件图以及设计软件。该测控系统的设计为滚珠丝杠副可靠性试验提供了软硬件基础。     

基于永磁同步电机的飞机舵机电动负载模拟器设计

针对飞机舵机电动负载模拟器存在工作性能差的问题,提出了基于永磁同步电机的复合控制策略。该方法在负载模拟器数学模型中引入力矩速度反馈环节,再结合模糊积分滑模控制与扰动观测器对永磁同步电机调速控制器进行设计。MATLAB/Simulink仿真结果表明,该方法不仅提高了负载模拟器的加载精度、响应速度,而且能够保证系统的稳定性和鲁棒性。     

基于LabVIEW和PXI的电动直线加载系统

针对某型航天用电动伺服阀,提出一种基于Lab VIEW和PXI的电动直线加载系统(ELLS)以测试电动伺服阀的实际推力。机械结构上采用大导程精密滚珠丝杠副作为力矩/力转换元件,并采用PXI总线搭建了ELLS的硬件架构,选用Lab Vl EW软件开发了上位机软件平台;为抑制ELLS多余力,提出一种基于电流内环、位置内环和力外环的三闭环复合控制策略,并在电流内环中应用基于复矢量PI控制的电流耦合补偿方法。最后,搭建了ELLS,并进行了信号跟踪实验,结果表明ELLS以较高精度有效地测试了电动伺服阀,所提控制方法有效抑制了多余力。     

电动负载模拟器的自适应终端滑模控制

为了更好地测试舵机性能,提高加载系统的鲁棒性和稳定性,实现电动负载模拟器对信号精确跟踪,同时抑制多余力矩,提出高阶非线性自适应终端滑模控制策略,避免了参数变化和扰动对系统的影响。将舵机看作一个扰动输入,确立负载模拟器系统为双输入单输出非线性系统,建立负载模拟器非线性数学模型,并基于此模型提出自适应终端滑模控制策略。利用Lyapunov函数证明闭环系统的渐进稳定性及有限时间收敛特性。并通过Simulink仿真验证了此控制策略的有效性。结果表明:与普通滑模控制相比,自适应终端滑模控制方法跟踪精度更高,对多余力矩也起到了很好的抑制效果。     

滚珠丝杠副寿命试验台测控系统设计

针对滚珠丝杠副寿命试验的要求,设计了滚珠丝杠副寿命试验台的测控系统。首先介绍了滚珠丝杠副寿命试验台的组成结构,然后根据试验台所需实现的功能进行分析,主要介绍了试验台的加载控制系统、驱动系统、数据采集系统的设计,并给出了测控系统的硬件结构图以及软件设计流程图。该测控系统的设计为滚珠丝杠副寿命试验提供了软硬件基础。     

直线运动机构电动加载测试系统建模及仿真分析

设计了一种新的直线运动机构电动加载测试结构,该结构通过滚珠丝杆副将电机的旋运动转换为直线运动,可以直接对直线运动机构进行力加载。分析建立了该系统数学模型并给出了可靠的控制方程。系统采用了基于结构不变性原理进行前馈补偿和通过PID进行反馈控制的复合加载控制策略,对因跟随直线机构运动而产生的多余力矩进行抑制。经仿真验证抑制效果明显,完全符合低频情况下的加载测试要求,具有较高的工程参考价值。     

基于Tabu参数辨识的直线电机推力波动复合抑制方法

为抑制周期性扰动与不确定性因素所引起的推力波动对直线电机跟踪精度的影响,提出一种定位力前馈补偿与扰动观测相结合的复合抑制方法。首先分析定位力的周期特性并建立数学模型。利用禁忌搜索算法(Tabu)辨识模型中的参数,并构建前馈控制器。同时设计扰动观测器(DOB)补偿其他非周期扰动。由实验结果可以看出,不同速度下系统的稳态跟踪误差明显降低,表明复合控制有效地抑制了推力波动,提高了伺服精度。     

滚珠丝杠副轴向静刚度试验系统开发

设计开发了滚珠丝杠副轴向静刚度测试系统,包括液压加载控制系统、螺母副微位移测试系统。设计了以测力传感器输出信号为基准的刚度检测方案。按照标准测试试验流程,通过RS-232通信接口实现了对滚珠丝杠副轴向静刚度的测试和曲线的实时显示。为滚珠丝杠副轴向静刚度的深入研究,进一步提高滚珠丝杠副的定位精度提供了技术方法及试验平台。