变转速负载敏感进出口独立控制系统特性研究

针对泵控位置系统效率高但控制精度不足、阀控位置系统响应快但能耗损失较大的问题，提出了基于模式切换下变转速负载敏感进出口独立的控制系统，设计了针对工程机械中能耗损失大的阻滞型负载工况的控制策略。根据所提控制系统原理，建立变转速负载敏感进出口独立控制系统的数学模型；分别搭建基于加载油缸的变转速负载敏感泵控系统和空载油缸的进出口独立阀控系统的试验平台与AMESim-MATLAB仿真模型并进行分析研究；将所建系统模型中添加正弦和随机信号来模拟变化的负载，分析系统在应对变化的外负载时，位置与压力的控制效果。将所建系统与恒流阀控系统、传统负载敏感阀控系统、传统泵控系统三者进行比较分析，结果表明：所设计变转速负载敏感压力控制器对系统压力的控制效果良好；以伺服电机驱动双作用叶片泵作为动力源的负载敏感进出口独立控制系统的位置控制性能和节能效果高于传统泵控和阀控系统，比传统泵控系统节能10.12%。     

基于扩张状态观测器的泵控电液伺服系统滑模控制

以泵控电液伺服系统为研究对象，提出了一种基于扩张状态观测器的滑模位置跟踪控制策略。首先，利用奇异扰动理论对泵控电液伺服系统的数学模型进行降阶处理，得到降阶泵控电液位置伺服系统数学模型。其次，针对泵控电液伺服系统工况的复杂性及外负载干扰问题，设计了扩张状态观测器对系统干扰在线观测，同时该观测器还可以对活塞杆的位置和速度信号进行估计。然后，利用观测到的干扰信号及速度信号，基于滑模控制理论设计了滑模变结构控制算法，对所提出的控制策略的稳定性进行了理论分析。最后，利用MATLAB/Simulink和AMESim仿真平台，搭建了泵控电液伺服系统的联合仿真模型，对算法的可行性及有效性进行了仿真验证。仿真结果表明，所设计的扩张状态观测器能对干扰进行精确估计，基于扩张状态观测器的滑模控制策略的位置跟踪性能显著优于PID控制器和传统滑模控制器，且对外部干扰力具有较强的鲁棒性，提高了泵控电液伺服系统的控制性能。      

基于FPGA的柔性机械臂多路无刷直流电机控制系统设计

针对柔性机械臂一般为超冗余机械臂，需要多个无刷直流电机驱动各个关节的运动，传统的数字信号处理（DSP）芯片、单片机用户接口有限，无法同时驱动十几个无刷直流电机运动，并且采用传统的PID算法控制精度较低，不适应于高精度柔性负载的控制。本文提出采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）芯片实现柔性机械臂多路无刷直流电机的控制，设计出改进型神经元自适应PID控制器，有效提高各关节电机的位置跟踪精度和抗柔性负载扰动能力，同时完成了规划位置的直线插补、多路电机母线电流采集、多路电机旋变位置信号采集处理。并在柔性机械臂原理样机中进行了验证，设计的驱动控制器能使得每个关节电机定位精度优于0.2°，各关节的无刷直流电机同步性、协调性良好。     

无刷直流力矩电动机双闭环控制策略仿真分析

针对直接驱动阀(DDV,Direct Drive Valve)伺服系统存在负载扰动和经典的"三环"结构不能满足DDV伺服系统快速性要求的问题,采用双闭环控制系统.对位置环+速度环和位置环+电流环两种双闭环系统进行比较,在频域内设计和优化调节器的控制参数.仿真结果表明:双闭环系统均具有较好的稳定性和动态跟踪品质,能有效地克服负载扰动的影响.在系统阻尼系数很小的情况下,位置环+速度环系统的负载适应性更好,位置环+电流环系统快速性更好,与理论分析结果符合.      

Constant power H∞ stabilization control strategy on airborne pump supplying system

以机载泵源系统的恒功率控制为目标，针对作业任务中系统负载随时间变化的情况，采用使液压系统输出功率保持恒定的控制方式来达到充分利用发动机功率的目的，对于机载泵源控制系统的主要被控对象——轴向柱塞式变量泵，建立了其状态方程和流量输出方程，采用H。鲁棒镇定控制策略实时调节泵的排量，仿真结果表明：当负载变化时，系统能根据压力的变化快速转换到恒功率工作曲线下对应的流量状态，所设计的H。控制器能够减小干扰和模型参数不确定对系统稳定性的影响，具有良好的鲁棒性，表明该方法用于机载液压系统可以改善系统工作性能，提高系统功率的利用率。     

永磁无刷直流陀螺电机锁相稳速控制研究

为满足航天液浮陀螺用无位置传感器永磁无刷直流电机作为驱动电机的新需求,提出一种新的基于可编程逻辑器件和专用驱动芯片ML4411的永磁无刷直流陀螺电机稳速控制系统.采用芯片ML4411实现陀螺电机控制系统的反电势检测、换相和功率驱动,并使用复杂可编程逻辑器件作为控制处理器,实现电机的启动、转速给定.为保证系统稳定可靠,设计了两级锁相环路控制方案.该控制系统在陀螺电机调速控制试验中满足了陀螺的性能要求,为液浮陀螺性能的提高提供了一种有效手段.     

航空泵试验台驱动变结构控制

飞机液压系统泵源需进行地面试验,采用变频调速器＋异步电机＋增速箱的驱动形式是航空泵进行地面试验最先进有效的方法之一.建立了矢量控制变频调速驱动下航空泵试验台驱动系统的数学模型,针对航空泵试验时由于负载变化泵转速不能保持恒定的问题,采用积分滑模面的滑模变结构控制策略,并构造Lyapunov函数证明其稳定性.为降低输出抖振现象,提出采用模糊控制监督下的滑模变结构控制和伪微分反馈(PDF, Pseudo Derivative Feedback)控制相结合的控制策略,仿真及实验结果表明,该控制方法有很高的控制精度,在保持滑模变结构控制鲁棒性强的前提下降低了输出抖振现象.      

泵控并联变量马达速度系统复合控制策略

针对泵控并联变量马达速度系统中的流量自适应分配特性和相乘非线性环节,提出了分别通过变量泵实现系统压力控制和变量马达实现所驱动轴的转速控制的复合控制架构.针对泵控压力系统和变量马达调速系统分别推导了二阶线性化模型.为实现系统压力动态调节,提出了期望压力规划方法,并设计了滑模控制器.通过在变量马达调速PID(Proportion Integration Differentiation)控制器引入扰动观测器,抑制了非线性扰动和未知负载扰动,提高了波动压力下的稳态精度.结合双轴驱动车辆行走驱动转速系统设计了复合控制器,仿真结果确认了所提出的复合控制策略的有效性.     

多余度无刷直流电动机的自抗扰控制

为了克服电机内部参数变化、齿槽效应、负载扰动以及余度降级等不确定因素对多余度无刷直流电动机位置伺服系统性能的影响,实现高性能的位置伺服控制,提出了基于自抗扰控制器的多余度无刷直流电动机位置伺服系统.该系统通过跟踪微分器为给定位置信号安排了一个过渡过程,解决了系统的快速性与超调之间的矛盾;通过扩张状态观测器将影响输出的系统内外"总扰动"扩展成新的状态变量,实时估计出来并进行动态补偿,提高了系统的抗干扰能力;通过非线性组合实现了"小误差大增益、大误差小增益"的工程经验,提高了控制精度.仿真结果表明:该系统具有良好的动、静态性能,满足了系统的性能要求,且对电机内部参数变化、余度降级、负载扰动等具有很强的鲁棒性.     

机载泵源系统的恒功率H∞镇定控制策略

以机载泵源系统的恒功率控制为目标,针对作业任务中系统负载随时间变化的情况,采用使液压系统输出功率保持恒定的控制方式来达到充分利用发动机功率的目的. 对于机载泵源控制系统的主要被控对象——轴向柱塞式变量泵,建立了其状态方程和流量输出方程,采用 H_∞ 鲁棒镇定控制策略实时调节泵的排量.仿真结果表明:当负载变化时,系统能根据压力的变化快速转换到恒功率工作曲线下对应的流量状态,所设计的 H_∞ 控制器能够减小干扰和模型参数不确定对系统稳定性的影响,具有良好的鲁棒性.表明该方法用于机载液压系统可以改善系统工作性能,提高系统功率的利用率.     

基于性能可靠性约束的智能液压泵节能优化

考虑飞机飞行剖面的多变性,针对智能液压泵变压力变流量的特点,提出一种多模性能可靠性分析方法.推导2类工作模式的传递函数模型,分析智能泵性能的主要影响因素,基于累积损伤理论构建多阶段任务可靠性模型.以系统工作效率为目标函数,性能可靠性指标为约束条件,对智能泵作优化设计.最后用优化所得参数求系统在各阶段的性能可靠度,并与机载液压系统常用的恒压泵作节能对比.结果表明:提出的基于节能的智能泵性能可靠性分析方法符合系统实际工况要求,相比传统恒压泵系统,智能泵系统的平均效率可提高15.8%.     

五轴电液仿真转台的双马达同步控制

对五轴电液仿真转台的双马达同步驱动问题提出一种低成本方案.设计的控制器包括主免疫控制器与同步补偿器.其中,以主马达动静态性能最佳为设计目标,利用免疫算法的模糊自适应性与鲁棒性,进行了位移、速度与压力三状态主免疫控制器设计,并使其同时输出给主、从马达伺服放大器.在此基础上,以两个马达负载压力状态差值最小为控制目标,仅提取两个马达负载压差传感器的差值,运用同步补偿器对从马达控制回路进行前馈补偿实现双马达同步驱动.与采用两个编码器或两个测速电机检测双马达同步误差的方法相比,该方法成本低且易于工程实现.仿真结果表明,即使转台系统参数发生较大变化,仍可以使两个液压马达保持较小的同步误差.      

电液复合调节作动器的精确线性化建模与控制

针对经典泵控电液作动器固有频率低的问题,对原系统增加了一个新设计的总压力控制阀,它可保证作动筒两个工作腔的压力之和始终为一常数并使两腔压力可控,从而使泵控系统达到和阀控系统相当的固有频率.这种改进型作动器称为EHCA(Electro-Hydraulic Compound regulating integrated Actuator).针对存在的相乘非线性控制问题,通过分析EHCA和总压力控制阀的工作原理,设计了基于精确线性化方法的滑模控制器,并分析了电机转速和变量泵排量在不同工况下的控制量大小配合问题.分析和仿真证明,该设计思想是有效实现高效率、节能和快响应的电液组合作动器方案.     

液压不完全约束传动系统建模及控制算法

目前不完全约束传动机构(NCT,Nonholonomic Constraint Transmission)全部采用电机驱动,存在结构复杂、造价昂贵等不足.在变量泵串连组成的闭式液压系统中液体流量具有连续性,泵的转速和排量成反比,通过调节变量泵排量可以达到调节变量泵转速的目的,据此原理提出液压不完全约束传动系统(HNCTS,Hydraulic Nonholonomic Constraint Transmission System).介绍了由变量泵串连组成的HNCTS原理方案,阐述了HNCTS的优点,建立了基于HNCTS的两自由度平面Cobot数学模型,使用模糊控制算法实现了HNCTS的控制,最后进行仿真研究.仿真结果表明:①模糊控制算法可以实现HNCTS的解耦控制;②HNCTS可以实现Cobot的被动约束控制、跟踪期望轨迹.      

发动机-变量泵-变量马达驱动系统分层控制

为充分发挥工程车辆用发动机及液压系统的工作性能,并同时提高其在动态条件下的功率传递效率,对发动机-变量泵-变量马达(三变量)组成的串联型液压驱动系统控制策略进行研究.对驱动系统各个部分进行参数匹配,确定各环节的额定计算工况; 提出自适应分层控制策略,以系统效率最大化为目标,主动调节发动机、变量泵以及变量马达的工作点,主动适应负载功率需求.在MATLAB/Simulink软件中对系统进行后向建模,仿真结果表明,所提出的控制策略能够有效地保证系统高效率的功率传递,通过优化发动机工作点降低油耗.      

变量泵控制变量马达系统变结构控制算法

变量泵控制变量马达系统的速度调节过程相当于变量泵控制定量马达或定量泵控制变量马达,存在系统溢流损失大、调节速度慢和没有发挥系统潜能等缺点.为了克服这些不足,提出基于反馈线性化理论的变量泵变量马达系统变结构控制算法.建立变量泵控制变量马达系统数学模型,并针对系统的相乘非线性,运用精确反馈线性化理论将其线性化;根据该闭式液压系统双变量调速的特点,利用变量马达期望转速和马达排量计算变量泵排量;运用变结构算法进行变量马达转速控制,并进行算法的Lyapunov稳定性证明.仿真表明,基于本控制策略可有效地提高系统的响应速度、减小超调量,而且算法具有较强的鲁棒性.     

机载智能泵源系统的总体方案

高压化、大功率等是机载液压系统的主要发展趋势.基于传统的机载恒压变量泵源系统,机载液压系统的高压化、大功率必然要带来系统无效功率的增加,从而导致系统温度急剧升高,这是未来飞机发展的一个难题,高压变流量变压力智能泵源系统是解决此问题的最佳途径.提出了一种高压变流量变压力机载智能泵源系统的总体方案.采用微机对泵源系统进行主动控制.该系统具有流量、压力、功率和综合4种工作方式,同时,该系统还具有故障工作方式和一定的状态监测功能.     

机载智能泵源系统的开发研制

针对飞机高压、大功率所带来的节流损失急剧增加的问题,提出了一种根据飞机工作任务设定工作模式和输入给定量的智能泵源系统. 其控制与管理实际上是一个递阶计算机控制系统,上位机(机载公共设备管理计算机)负责根据飞行任务选择泵的工作模式和输入量设定(必要时还可以包括控制律的选择和控制参数的设定),下位机负责现场控制律的实现、控制量输出和数据采集等工作. 研制了智能泵的微控制器和原理样机. 所构成的智能泵源系统可以根据飞行任务需要选择工作模式并自动设定相应的输入量(压力、流量或负载敏感压差),实现对功率利用情况的有效管理,从而有效抑制系统的温升并提高飞机的机动性和生存能力.      

双独立闭环复合液压伺服控制体系的分析

针对现有几种液压伺服控制系统的优缺点,基于高性能和节能这一发展趋势,提出基于伺服电机、定量泵、蓄能器和伺服阀的双独立闭环的新型复合控制体系.分析了其结构特点,建立了数学模型并进行了仿真分析和实验验证,证明新型控制体系充分发挥了各个控制环节的效能,实现了流量适应,较现有的控制方案简单可靠,在综合指标方面有了很大的提高,适合机载液压系统和弹载液压系统.