数字伺服系统的设计和仿真试验(上)——数字伺服系统的设计要素

本文阅述数字伺服系统的设计和仿真试验问题。文中对比了几种设计方法,提供了一批定量数据;列举了在Z80(Ⅲ)微型机上对双线性变换系统和最小均方误差系统进行的计算机辅助设计的结果。仿真试验有助于检验理论设计的可行性,对选择设计方案和最佳参数有一定实际意义,文中列出了仿真试验的结果。     

数字伺服系统的实现和调试

“数字伺服系统的实现和调试”是“数字伺服系统的设计和仿真”(见参考文献[1])的续篇。文中以某遥测跟踪设备用的数字伺服系统为基础,阐明了具有复合控制通道的数字校正式伺服系统的实现和调试问题;说明了齿隙、机械谐振频率、磨擦力矩、增益变化和复合控制对系统动态性能的影响;对调试中出现的实际问题进行了分析研究。     

Delta-Sigma调制器在空间指向镜位置伺服系统中的应用

在目前的空间指向镜位置伺服系统中,数字控制器输出脉宽调制（PWM）的量化误差会导致指向出现小幅角度振荡,使得指向的稳定性降低,进而导致光学遥感成像质量发生退化。针对航天器工程实现的特点,将 Delta-Sigma 调制器引入到数控软件中,在不改变硬件电路与系统参数的前提下,显著的降低了输出量化误差对伺服系统的影响。Matlab仿真结果表明,该方法可使指向镜的指向角度振荡幅值衰减至原来的1/5以下,有效地提高了指向镜的指向稳定性。     

液压伺服系统的动态设计

本文将各类电液伺服系统进行了三阶化处理,利用二次型评价函数指标优选了系统参数,在时间域与频率域中进行了设计。提供了电液伺服系统的简易优化的设计方法,实验确认了本文结论的正确性。     

预报误差法在伺服系统时域辨识中的应用与实现

介绍了系统辨识中的预报误差法的基本原理,设计了一种简洁通用的软硬件辨识平台。成功地应用预报误差的辨识方法对一个实际的中功率雷达伺服系统实现了时域辨识,得到了该伺服系统比较准确的模型。将辨识结果与一般最小二乘法的辨识结果进行了比较,发现此辨识方法在抑制噪声方面有很大的改进。     

液压伺服系统的非线性优化设计

本文分析了传统的液压伺服系统线性优化设计理论所存在的问题，在此基础上基于非线性系统的几何理论和ＩＴＡＥ最优设计准则推导并给出了液压伺服系统的非线性优化设计方法。     

转台伺服系统变模态控制器最优切换状态设置

本文对转台伺服系统变模态控制的切换问题进行了探讨，分析了切换后控制器状态设置问题。给出了最优切换状态设置方法。最后，介绍了转台伺服系统数字控制器状态设计的实际算法及结果。     

电液伺服系统的一种变结构控制平滑方法

针对电液伺服系统的跟踪控制问题，提出了一种变结构控制平滑方法，推导出变结构控制系统的稳态误差指标与饱和特性宽度之间定量的数学关系。通过系统的稳态误差指标可以计算出宽度变化的饱和特性，从而既减小了系统的抖振又满足了对系统稳态误差指标的要求，仿真结果验证了该方法的有效性。     

最佳递推滤波在跟踪伺服系统中的应用

五十年代以来,在控制工程领域中,有两大重要发展。一是,数字计算机的运算速度和存储容量不断扩大。二是,控制系统理论借助于经典力学的“状态”概念,从频率城发展到时间域。计算机进入控制工程,这是从经典的自动调节原理,发展到现代控制理论的重要标志。本文简单地介绍了卡尔曼滤波器。给出了一组卡尔曼滤波跟踪算法。在跟踪伺服回路中,送给伺服系统的误差信号ε不是通常由接收机直接供给的,而是经过滤波后给出的误差信号估值(?),从而实现了有计算机参与的全数字式跟踪伺服系统。由于伺服系统和角输出数据是分开的,从而提高了测角精度。文中给出了一个方位——俯仰座角跟踪系统,以雷达站为原点的东、北天座标系,目标是假定匀速直线运动情况下的一组演化方程。滤波效果,取决于我们对模型和测量噪声统计规律的认识程度。经初步试算感到方法简单,效果满意。另外,对船载天线稳定,提出一种设想。不用传统为稳定而用的敏感元件——陀螺。而是对海浪进行随机统计分析,找出规律。将其写进状态方程中,使在给出的滤波估值中包括目标运动和船摇信息。将此信息作为伺服系统之输入。从而达到稳定和跟踪目的之可能性。     

磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统扰动力矩分析与抑制

对磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统，提出了一种基于自适应逆扰动消除控制的设计方法。该控制器采用将被控对象动态控制和对象扰动控制分离处理的方法研究了控制力矩陀螺框架伺服系统的非线性摩擦干扰力矩、陀螺房内部高速磁悬浮转子系统因框架变速转动对框架伺服系统产生的耦合力矩以及航天器姿态改变导致框架伺服系统本身的参数大范围变化等问题。设计的自适应逆扰动消除器大大改善了框架伺服系统的控制性能、提高了系统的速率输出精度。仿真结果表明，提出的扰动力矩抑制方法是可行的，具有很强的鲁棒性。     

一种数字阵列雷达小视场快速成像方法

针对通道幅相误差和RCM(距离单元徙动)幅相误差同时出现导致数字阵列雷达近程成像效果不佳的问题,研究了一种在小视场条件下快速实现数字阵列雷达近程成像的方法。通过研究数字阵列雷达的回波信号模型,确定了DBF(数字波束合成)成像中幅相误差的来源,在此基础上,建立了数字阵列雷达小视场成像的快速DBF成像模型。理论仿真和实测数据表明:该方法在校准通道幅相误差时能有效实现RCM幅相误差的补偿,通过单次FFT(快速傅里叶变换)即可实现DBF成像。与现有小视场成像方法相比,该方法能在保证成像质量的前提下,显著提高成像效率,在系统性能评估测试等小视场应用中具有较好的应用前景。     

磁带机张力伺服系统

本文概括地介绍了磁带机张力伺服系统的一般工作原理。重点叙述了四种张力伺服方式:张力臂方式的伺服系统;真空缓冲器方式张力伺服系统;以半径为函数的张力伺服系统;恒功率张力伺服系统。     

复包络数字滤波器的最大似然辨识建模

针对无线通讯系统和雷达系统的数字仿真中大量存在的复包络数字滤波器建模问题 ,提出了一种基于变量误差模型 (Errors- in- Variables Model,简记为 EV模型 )的频域最大似然参数估计方法。首先将实验测量值的中心频率移到零频 ,得到复包络滤波器的频率响应 ,然后使用最小二乘法计算复包络滤波器系数的初始估计值 ,最后使用数值迭代法对最大似然估计的代价函数进行优化 ,得到复包络滤波器系数的最佳估计。实验结果以及理论分析表明 ,与现有的复包络数字滤波器转换方法相比 ,最大似然法建模的过程更加直接 ,结果更加精确     

小功率天线伺服系统采用机电系统替代液压系统

本文对小型天线伺服系统(或称小功率随动系统)采用液压方案与机电方案进行比较,认为由于该系统功率较小,在10W以下,故采用电机作为功率执行元件同样能满足需要。合理设计可使机电系统的性能指标达到或超过目前液压系统所具有的性能指标。本文提出了具体的设计方案。     

半实物数字仿真的模型校验

本文介绍了半实物数字仿真的模型校验技术,重点讨论仿真模型的正确性校验、仿真模型的误差分析、仿真模型的误差补偿问题,为取得正确的系统特性作为仿真试验的依据提供了基本保证。     

嵌入式计算机在雷达伺服系统中的应用

针对雷达数字伺服系统对控制计算机的要求，分析了嵌入式计算机系统PC／104的特点和基本应用方法，提出了以嵌入式计算机系统PC／104为核心数字控制部件的精密跟踪雷达伺服系统硬件设计要点，专用控制软件的设计思想及实现，仿真和飞行试验表明，该精密跟踪雷达数控伺服系统的设计是成功的。     

机器人关节电液位置伺服系统的自适应控制

本文根据Lyapunov稳定性理论,提出了一种简单而有效的模型参考自适应控制方案(MRAC),用以改进机器人电液位置伺服系统的性能。试验表明,MRAC控制器能大大提高系统的动态响应性能和定位精度,并使系统伺服跟踪能力显著改善。     

模块化航天机电伺服系统多学科集成设计与优化

针对航天伺服系统现有设计过程中因设计参数耦合因素考虑不全导致系统性能难以进一步提高的问题,提出了一套模块化航天机电伺服系统多学科集成设计与优化方法。从产品层、部件层和零件层对系统进行了模块化划分,给出了模块化设计流程及V字数据传递路线,以具体工程实例验证了模块化集成设计与优化方法的高效性及提升航天伺服系统总体设计水平的可行性。     

自抗扰技术在船载天线伺服系统中的应用研究

为减小船摇扰动对船载天线伺服系统指向及跟踪精度的影响，引入线性自抗扰控制器（LADRC）对伺服系统位置环进行改进。首先对天线伺服系统模型进行简要分析，建立系统状态空间方程；然后利用LADRC对系统进行改进，并对其参数设计进行了详细介绍，同时为提高系统动态跟踪性能，利用TD微分器提取目标速度信息进行前馈补偿；最后经实验测试验证，LADRC相对于传统PID控制器能够保持天线伺服系统动态性能不下降，同时有效提高系统的抗船摇性能。     

机电伺服系统时域辨识装置的研究与实现

应用COR-LS辨识方法研究了中功率伺服系统时域辨识问题,设计并开发出了相应的时域辨识装置。给出了整个系统的硬件实现方案,并用COR-LS辨识方法对一个中功率伺服系统实现了时域辨识。