倒立摆模糊控制器研究

倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强耦合和快速运动的自然不稳定系统,作为一个典型的控制对象,一直受到不少专家学者的关注与研究。通过推导和分析倒立摆的数学模型,主要讨论了模糊控制器的设计与仿真。仿真结果表明,模糊控制器能对倒立摆进行很好的控制。     

非线性压电作动器的振动模糊控制方法

在振动主动控制问题中，压电作动器常表现出一定的非线性特性。研究压电作动器的非线性特性，对于设计智能结构中的控制系统和控制策略非常重要。该文针对压电作动器表现出的非线性特性，提出一种基于模糊自适应滤波算法的前馈主动控制方法。数值仿真结果表明了该非线性模糊自适应控制方法的有效性。     

空间傅里叶变换红外光谱仪动镜速度稳定性研究

为了改善傅里叶变换红外光谱仪中动镜运动控制系统的动态性能和静态性能,设计了基于扰动观测器的非线性PID控制器。首先对该动镜驱动系统进行数学建模,分析系统中的非线性因素。之后给出了设计该控制器的理论依据。最后进行了数值仿真分析和实验验证。实验结果表明:动镜以133mm/s运动时,采用基于扰动观测器的非线性PID控制器控制时,系统响应超调量为0,上升时间为3ms,稳态均方差为0.0392,性能明显优于传统PID控制器。结果证明了该控制器的可行性和实用性,满足了干涉仪的动镜匀速性要求。     

基于HCMAC与PID复合控制的倒立摆控制系统

倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定、非线性系统,是进行控制理论研究的理想实验平台。针对单级倒立摆的平衡控制问题,提出了基于HCMAC(超闭球小脑模型关节控制器)与PID的复合控制方案,给出了倒立摆控制系统的数学模型和控制算法。通过仿真实验研究,证明了HCMAC与PID的复合控制比传统PID控制有更好的控制效果,适用于非线性实时控制。     

基于滑模扩张干扰观测器的固定翼无人机动态逆控制

为解决存在模型不确定性与外部干扰时的固定翼无人机控制问题,设计了一种非线性滑模扩张干扰观测器与快速响应动态逆相结合的控制律。在扩张干扰观测器设计的基础上,引入滑模原理设计了一种非线性滑模扩张干扰观测器,对干扰及其变化率进行实时估计;将无人机姿态运动方程分为姿态角慢回路与姿态角速率快回路,依此分别设计动态逆控制律,并基于干扰估计量对未知扰动进行补偿,同时在快回路控制器中加入由快速跟踪微分器(TD)估计的指令值微分量,以提高控制器的响应速度,最后证明了复合控制器的稳定性。仿真实验表明,设计的复合控制器能够对无人机姿态运动进行高效控制。     

螺旋箝位双向大推力压电直线作动器研究

设计了一种基于螺旋箝位原理的尺蠖式压电直线作动器,它可实现大推力、大行程双向作动。阐述了螺旋箝位运动原理,进行作动器的结构设计。通过ANSYS有限元仿真分析了箝位力对端面的影响,并对力矩电机主轴进行强度校核,分析了计算力矩电机转速与压电叠堆驱动频率的匹配关系。最后,搭建实验测试系统。结果表明,该作动器在叠堆驱动电压为150 V、频率100 Hz、电机转速150 r/min时,获得最大推力为190 N,行程可达60 mm。     

压电叠堆电静液作动器Simscape模型与实验研究

将海德福斯螺纹插装换向阀集成到压电叠堆电静液作动器中,形成一体化集成式双向运动的压电叠堆电静液作动器。基于压电叠堆电静液作动器的物理系统,采用Simscape搭建压电叠堆电静液作动器系统模型。对比了在不同蓄能器偏压、不同电压峰值条件作用下,压电叠堆电静液作动器的实验输出流量与仿真输出流量;以及换向阀换向周期为4s时,压电叠堆电静液作动器的实验输出位移与仿真输出位移,验证了搭建的Simscape模型的准确性。在系统模型得到验证的基础上,分析发现阀片的回流现象是造成压电叠堆电静液作动器在高频驱动时输出流量衰减的原因。     

基于MATLAB的一体化电液作动器的非线性仿真设计

该文引入了一种新型作动器,即一体化电液作动器（EHA,Electrical Hydrostatic Actuator）。根据工程特点选用非对称液压缸,建立r永磁同步电机和EHA的数学模型,并通过MATLAB对其进行仿真研究,针对系统的非线性问题,进行PID（Packetlddentifier）控制。     

磁致伸缩作动器结构优化设计

根据电磁学原理,在对磁致伸缩作动器内部磁路分析的基础上,推导出了作动器输出位移与Terfenol-D棒及上下端盖的尺寸之间的关系,并以此为根据对作动器结构进行优化设计,以使其在充分发挥Terfenol-D棒性能的前提下结构更加紧凑.由于Terfenol-D棒和上下端盖、作动器内壁组成了闭合磁路,使螺线管端部的磁场分布情况得到了明显改善,同时考虑到温升对作动器输出位移的影响,采用热膨胀抵消补偿法降低了温度对作动器输出位移的影响,从而最大限度地消除了作动器输出非线性.另外,为了消除作动器中磁场对周围器件的干扰,对作动器采取了磁屏蔽措施,通过有限元软件ansys仿真表明,该作动器内部磁场较均匀,而外部漏磁几乎为零,实现了预期效果.     

基于滑模理论的水下航行器航向控制算法研究

水下航行器操控性能指标中对定向性能有较高要求,而水下航行器的运动具有强的非线性和耦合性,使得不同航速下定向控制和定深转向综合控制成为难点.本文建立了水下航行器的运动学模型,基于滑模理论设计了航向控制器,在MATLAB SIMULINK环境下搭建了航向控制仿真系统,数值仿真结果表明,滑模变结构控制器对于不同航行条件具有较强的适应性,同时,航向的控制效果明显优于PID控制器.     

冗余伺服机构自动化测试系统

引言伺服机构是航天运载火箭控制系统推力矢量控制执行机构,属于控制系统重要单机,接收箭载计算机位置指令信号,然后通过电液功率转换实时推摆发动机喷管,实现火箭飞行姿态控制。伺服机构自动化测试系统(以下简称测试系统)借助于计算机、通信和电子电路技术,对用于不同型号火箭的各类伺服机构进行自动化性能测试,并将实时测试参数实施监测和存储,     

基于T-S模糊模型的倒立摆

用牛顿力学方法建立了直线一级倒立摆的非线性数学模型,并基于倒立摆系统的状态方程,用Matlab对系统进行定性分析。采用极点配置法、LQR设计了控制器,并分析了参数对系统控制的影响。针对倒立摆的非线性,研究了非线性控制方法中变结构控制的基本思想,并设计了控制器。     

基于模型匹配的光电侦察无人机飞行控制器设计方法

无人机在光电侦察领域的应用越来越广泛,设计可靠的飞行控制器是完成侦察任务的必要手段。提出了一种基于模型匹配和遗传算法寻优的以非线性模型为被控对象的飞行控制器设计方法。通过该方法可以实现无人机飞行控制器与飞行仿真模型的一体化快速设计与仿真,与经典的飞行控制器设计方法相比,该方法能够比较快速、便捷地获得所需控制器。建立了包含气动、发动机和环境模型的某型无人机六自由度非线性全量数学模型,然后基于此模型,应用上述方法设计了无人机的飞行控制器,基于有限状态机理论建立了飞行管理模型,设计无人机飞行剖面并实现控制器切换,最后进行了六自由度非线性仿真,验证了所设计控制器的有效性。     

压电作动器位移输出特性分析

通过对一种用于微隔振平台的压电作动器进行实验研究,得出了位移迟滞非线性输出曲线,综合整理并分析了压电作动器输出位移曲线特点,从微观上系统分析了作动器位移输出特性的机理.结果表明,蠕变导致作动器驱动电压回零时,作动器输出存在残留位移;迟滞大小不仅与预压力有关,还与加压次数和加压频率等有关;作动器位移输出曲线具有一定的漂移特性,对作动器的精确建模造成一定困难.为进一步修正和减少建模误差的影响、提高系统的控制精度,提供了科学的依据.     

超精密机床的压电作动器隔振系统研究

压电作动器是振动主动控制中最常用的一种执行机构。文章分析了各种压电作动器的特点及应用范围 ,并用压电陶瓷作动器对超精密机床实施振动主动控制。结果表明 ,该系统应用控制器克服了压电元件的迟滞特性、蠕变特性和非线性后 ,能有效的控制地基振动对超精密机床的影响 ,提高了超精密机床的加工精度     

非线性跟踪微分器在半捷联稳定平台中的应用

针对半捷联稳定平台中框架角速率的提取问题,首次提出了一种基于非线性跟踪微分器的测速方案,此方案可以避免常规差分测速带来的误差放大问题,并且可以利用预报补偿方法解决非线性跟踪微分器带来的相位延迟问题。数值仿真和实验结果表明,非线性跟踪微分器可以从框架角位置信号中准确地提取角速率信号,实验证明了基于非线性跟踪微分器的半捷联稳定方法与直接稳定方法对低频角扰动的隔离能力相当,并证明了非线性跟踪微分器在半捷联稳定平台中应用的可行性和有效性。     

两种新型压电作动器在振动控制中的应用研究

对弓型压电片作动器(APA)和Π型压电堆作动器(PISA)两种新型压电作动器在振动控制中的应用进行了研究,并给出了两作动器的输出作动弯矩与驱动电压的关系式.将它们应用于一垂尾模型的第1阶弯曲(一弯)和第1阶扭转(一扭)模态响应控制中,建立了该压电主动振动控制系统的状态空间模型,采用二次最优控制(LQR)策略设计控制器,并进行了控制系统的闭环仿真.结果表明,APA在垂尾模型一弯一扭模态控制中的性能优于PISA.     

基于浸入与流形不变的制导炮弹非线性自适应控制

针对制导炮弹非线性模型且带有不确定气动参数的情况,研究采用反步法与I&I方法相结合的方式来设计控制器。首先建立了参数估计误差流形,再通过控制器输入及参数适应率确保该流形不变且吸引,让参数估计误差在这一流形上趋向于0,采用该方法设计的参数估计器不必遵循确定性——等价性原理,最后由Lyapunov 稳定性理论验证了炮弹闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明,基于该方法设计的控制器在部分气动系数不确定的情况下仍能精确跟踪攻角。     

倒立摆系统的状态空间极点配置控制设计

为实现多输人多输出、高度非线性、不稳定的倒立摆系统平衡稳定控制,将倒立摆系统的非线性模型进行近似线性化处理,获得系统在平衡点附近的线性化模型.利用牛顿一欧拉方法建立直线型一级倒立摆系统的数学模型.在分析的基础上,基于状态反馈控制中极点配置法对直线型一级倒立摆系统设计控制器.由MAT-LAB仿真及对实际系统的调试验证,表明采用的控制策略是有效的,设计的控制器对直线型一级倒立摆系统的平衡稳定控制效果好,提高了系统的抗干扰能力.     

具有非线性不确定性时滞系统控制算法的研究

在系统具有时滞性和非线性不确定因素的情况下,为保持Smith预估器与被控对象的一致性,运用非线性PI控制器,消除系统中不确定因素的影响。通过仿真试验,证明Smith预估器和非线性PI控制器算法的结合,可以使具有非线性不确定性的时滞系统达到理想的控制目标。