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。     

直驱XY平台伺服系统预测鲁棒轮廓跟踪控制

针对直驱XY平台中存在的系统延迟、系统参数变化、负载扰动等不确定性以及双轴之间的耦合问题,依据模型预测控制、扰动观测及解耦控制理论,设计了一种模型预测控制器(MPC)、扰动观测器(DOB)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的预测鲁棒跟踪控制系统。利用MPC作为前馈控制器,通过模型预测、滚动优化和反馈校正提高系统的跟踪性能。DOB能够抑制系统参数变化及外部负载扰动等不确定性因素对系统伺服性能的影响,提高系统的鲁棒性能。CCC能补偿两轴间的轮廓误差,解决双轴间的耦合问题。仿真实验结果表明,所设计的系统具有快速准确的跟踪性能和较强的鲁棒性能。所提出的控制方案能够有效地减小系统的轮廓误差,进而提高了XY平台的轮廓加工精确度。     

针对时变输入的永磁同步电机改进型自抗扰控制器

在永磁同步电机(PMSM)调速系统中,提出了对时变输入具有更高跟踪精度的改进型模型补偿自抗扰控制(MMC-ADRC)策略。传统的自抗扰控制中,扩张状态观测器(ESO)的观测扰动项较大,通过模型补偿可以大幅减小观测扰动项,提高跟踪精度。然而当输入时变时,由于常规的模型补偿自抗扰控制(MC-ADRC)存在建模误差,系统对输入的跟踪误差仍然较大。尽管可通过增大控制器增益来减小跟踪误差,但这同时会使系统中噪声被放大,降低系统性能。在MC-ADRC基础上引入输入微分前馈(IDF)得到的MMC-ADRC,可从理论上消除建模误差,在相同增益下获得更高的跟踪精度。仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。     

单边非质心驱动平面电机运动控制研究

与由四组线圈单元驱动方式相比,三组线圈单元驱动的平面电机属于单边非质心驱动模型。为提高平面电机系统的伺服性能,需要准确的力解耦模型以及有效的控制算法。由于实际中存在建模误差,如永磁体线圈加工误差引起的推力误差、气隙厚度不均匀、外部不确定扰动等,使得基于名义模型的系统无法有效解耦。同时建模误差的存在使得闭环系统误差方程的等号右侧不为0,无法确保跟踪误差的收敛。因此,必须利用控制器对建模误差进行补偿。以三组线圈单元且x方向为单边非质心驱动的平面电机作为研究对象。为提高其轨迹跟踪与定位能力,提出一种非线性控制算法。在逆动力学控制算法的基础上增加鲁棒项,对建模误差进行有效补偿。采用李雅普诺夫(Lyapunov)理论证明了该算法的稳定性。实验结果表明,轨迹跟踪误差小于1.5 m,可见通过对建模误差的补偿,减小了多自由度间耦合作用对运动精度的影响,提高了平面电机伺服性能。     

中凸变椭圆活塞直线伺服系统的变增益零相位误差跟踪-滑模控制

针对中凸变椭圆活塞直线伺服驱动系统,提出了变增益零相位误差跟踪-滑模控制这一新型控制策略,以提高系统的跟踪性能和抗扰性能.它结合了变增益零相位误差跟踪控制器的理想跟踪特性与滑模控制器的抗扰动能力的优点,并采用扰动观测器对负载扰动进行估计和补偿,从而保证了中凸变椭圆活塞直线伺服驱动系统的快速稳定性.仿真结果表明,采用这种控制策略可以十分有效地减小中凸变椭圆活塞直线伺服驱动系统的跟踪误差.     

基于双层交叉耦合的直驱H型平台滑模轮廓控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)驱动的H型平台存在的参数变化、外部扰动、摩擦力等不确定性因素及轴间耦合问题,提出一种全局积分滑模控制(GISMC)与变增益双层交叉耦合控制(VGDCCC)相结合的轮廓控制策略.首先,建立H型平台系统动态方程和基于密切圆的轮廓误差模型.然后,设计基于全局积分滑模的单轴位置跟踪控制器来减小跟踪误差.最后,设计基于变增益双层交叉耦合的轮廓误差补偿器来减小系统的轮廓误差.仿真结果表明,所提出的控制方法能提高系统的轮廓精度.     

电动式位置扰动型力矩伺服系统的单神经元自适应PID控制

在位置扰动型力矩伺服系统中,由于受力对象的运动给系统带来很大的位置干扰,给系统的校正和优化带来了困难,位置扰动型力矩伺服系统设计的主要任务就是消除它的多余力矩。本文建立了电动式位置扰动型力矩伺服系统的数学模型,并提出了一种新的控制方法：采用单神经元自适应PID控制来抑制多余力矩和提高系统的控制性能。仿真结果表明这种控制方法有效地抑制了多余力矩的干扰,提高了系统的鲁棒性和跟踪性能。     

执行器非线性超低空空投航迹倾角自适应控制

针对超低空空投下滑阶段执行器非线性、外界不确定性大气扰动以及模型存在未知非线性等因素干扰轨迹精确跟踪问题,提出一种鲁棒自适应神经网络动态面跟踪控制方法。建立了含执行器输入非线性的超低空空投载机纵向非线性模型,采用神经网络逼近模型中未知非线性函数,引入非线性鲁棒补偿项消除了执行器非线性建模误差和外界扰动。应用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统所有信号均是有界收敛的。仿真验证了所提方法既保证了轨迹跟踪的精确性又具有较强的鲁棒性。     

机器人用永磁同步电机的双自由度控制

通过分析永磁同步伺服电机i_d=0矢量控制模型,针对机器人运行时,负载惯量和扰动变化大的应用特点,提出了一种适用于机器人专用伺服的前馈型双自由度PID控制器。该算法有效地解决了经典PID算法无法同时兼顾跟踪性能和抗扰动性能的缺点。仿真结果表明,此种控制方法能有效的改善伺服驱动系统的解耦性能,获得良好的设定值跟踪特性和外部扰动抑制特性,且在实际伺服系统中能够有效的应用。     

基于积分鲁棒的电液伺服系统渐进控制

电液伺服系统具有未知的动力学和有界扰动,针对该问题,采用光滑摩擦模型来适应未知的非线性,同时针对近似误差和其它有界扰动,利用误差项符号的积分鲁棒方法来补偿,减少了总体控制抖动和传统的高增益反馈带来的保守性,同时证明了系统跟踪精度可渐近收敛。仿真结果表明该控制方法可提高系统性能,且控制输入是光滑的,便于在实际工程中执行。     

SPIC在雷达伺服系统中的应用

在直流力矩电动机驱动的某机载雷达伺服系统中,采用了智能型功率集成电路（SPIC）实现功率驱动,能够满足机载环境的苛刻要求,并获得了比较满意的系统性能。     

基于转动惯量辨识的交流伺服系统自适应扰动观测器设计

在交流伺服系统中,负载转矩及系统转动惯量的变化所引起的扰动将会影响伺服系统的动态性能。本文提出一种基于转动惯量辨识的自适应扰动观测器,以系统运动方程为算法模型,选取包含转动惯量和负载转矩信息且具有较高独立性的待辨识系数作为可调参数,解决辨识过程中因参数耦合的影响而导致算法收敛速度慢以及辨识初期出现波动的问题;同时对负载变化时的辨识结果波动问题进行分析,通过合理选择参数,很好地抑制了该波动。仿真和实验表明:该扰动观测器能够快速准确地实现对转动惯量和扰动转矩的同时辨识,将该扰动观测器与伺服系统矢量控制相结合,可以有效提高系统的动态性能。     

基于扰动观测和补偿的PMSM伺服系统位置跟踪控制

针对存在参数摄动和外部扰动力矩的PMSM伺服系统位置跟踪控制问题,提出一种基于扰动观测和补偿的滑模控制方法。采用扰动观测器估计系统参数摄动以及负载力矩,并在此基础上对等效扰动进行补偿,减小了模型不确定性对系统控制性能影响,系统的位置跟踪误差由0.85 rad减小到0.35 rad;在保证系统稳定性的前提下,去除了常规滑模控制中的不连续控制项,有效地减小了抖振。实验结果表明,与工程上常用的PID算法相比,基于扰动观测和补偿的滑模控制算法不仅能够显著提高PMSM伺服系统的位置跟踪精度,而且能有效地削弱抖振。     

永磁直线伺服系统非线性自适应鲁棒控制器设计

对永磁直线伺服系统提出非线性自适应鲁棒控制器的设计方法。在永磁直线伺服系统非线性数学模型的基础上,为实现对速度和电流的准确跟踪,建立了误差系统的动态模型。将跟踪和干扰抑制归结为非线性自适应鲁棒控制器设计问题,通过构造存储函数得到包含电阻辨识算法的自适应鲁棒控制器的定理,证明定理给出的控制器能满足干扰抑制和系统的渐进稳定。仿真结果表明,用该方法设计的系统能很好的抑制扰动和跟踪给定,满足对高性能永磁直线伺服系统控制的要求。     

基于ASAPSO的火炮随动系统模糊控制策略

针对传统PID控制器因参数无法随负载变化而实时改变,导致火炮随动系统控制效果不佳的问题,设计了以空间矢量控制为理论基础的三闭环随动控制系统。该随动控制系统采用永磁同步电机(PMSM)作为执行电机,并在系统位置环上加入了经自适应模拟退火粒子群优化算法(ASAPSO)优化参数后的模糊控制器。通过搭建系统仿真模型,将这2种控制器分别运用在该随动控制系统的位置环上,对比了2种控制器的位置响应、抗转矩扰动能力和目标跟踪能力。结果发现,模糊控制器的参数经ASAPSO优化后,系统的静态特性和动态特性比传统PID控制器更好,能够有效克服转矩扰动等非线性因素的影响,系统具有较好的目标跟踪性能。     

永磁直线伺服电机L2鲁棒控制的研究

对永磁直线电机伺服系统提出非线性L2鲁棒控制.给出电机的非线性数学模型,在此基础上,为实现对速度和电流的准确跟踪,建立了误差系统的动态模型;将跟踪和干扰抑制归结为L2设计问题,通过构造适当的存储函数得到描述系统L2控制器的两个定理;证明定理给出的控制器能满足干扰抑制和系统的渐进稳定.仿真结果表明,用该方法设计的系统能很好的抑制扰动和跟踪给定,满足对高性能永磁直线伺服系统控制的要求.     

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。     

基于摩擦补偿的伺服转台自抗扰控制策略研究

摩擦非线性扰动是影响伺服跟踪系统控制性能的主要因素之一。为提高转台伺服系统的跟踪性能,提出了一种基于Elastoplastic摩擦模型的改进自抗扰控制方法。首先,建立了转台伺服系统的状态空间模型;其次,采用Elastoplastic摩擦模型描述系统中的非线性摩擦扰动,并用遗传算法辨识了模型参数;最后,基于辨识获得的Elastoplastic摩擦模型,将位置误差和速度误差作为不同的参数分别应用到扩张状态观测器,设计了一种改进型自抗扰控制器。未引入摩擦补偿时的速度跟踪误差平均值约为0.0024 rad/s,而加入补偿后的速度跟踪误差平均值减少为0.00147 rad/s。仿真和实验结果表明,本文提出的控制方案能够提高转台伺服系统的跟踪性能,验证了所提出控制方法的有效性和鲁棒性。     

永磁同步电机系统线性化H∞鲁棒控制

针对内埋式永磁同步电机伺服系统,研究了一种线性化H∞鲁棒控制方法。该方法基于微分几何理论,利用输入输出解耦线性化技术将系统模型转化为线性模型;然后采用最大转矩比电流控制策略增加系统的转矩输出能力;针对负载干扰设计了负载转矩观测器;最后基于线性化模型设计了H∞鲁棒控制器,提高系统对内埋式永磁同步电机系统参数变化的鲁棒性。仿真实验结果表明基于微分几何输入输出解耦H∞鲁棒控制伺服系统有较好的动态性能、抗干扰性能、跟踪性能和鲁棒性能。