自抗扰控制技术在转台频响伺服中的应用

在转台频响伺服中,针对低频和低速时干扰难补偿、高频时相位滞后和幅值衰减程度急剧恶化、常规控制策略严重依赖精确对象模型等难题,引入不依赖精确对象模型的自抗扰控制技术,并设计了控制系统.控制系统中,自抗扰控制器用来在线观测补偿干扰,前置处理单元用来补偿相位和幅值.控制系统应用到转台频响伺服中,实测得到的"双十"标准下最大跟踪频率和扫频频率都大于转台出厂时的验收指标.实测结果表明:自抗扰控制技术应用到转台频响伺服中可以有效提升转台的频响性能.     

飞行仿真转台基于干扰观测器的鲁棒跟踪控制

对三轴飞行仿真转台系统,提出一种基于干扰观测器的鲁棒数字跟踪控制器的设计综合方法.该控制器由前馈控制器、闭环控制器及摩擦补偿环节组成.前馈环节由零相差跟踪控制器ZPETC (Zero Phase Error Tracking Controller)及FIR滤波器构成,闭环由比例微分(PD)控制及干扰观测器构成,摩擦补偿采用基于库仑模型的固定补偿方法.实验结果表明,该方法能有效提高跟踪性能,并且对系统参数变化和力矩扰动具有很强的鲁棒性.     

改善反作用轮低速性能的补偿观测器方法

基于Ｄａｈｌ摩擦模型,给出了用于卫星姿态三轴稳定控制的反作用轮低速动力学方程,就反作用轮转速过零对卫星姿态产生的扰动现象进行了分析,提出了一种利用非线性观测器估计摩擦力矩,并予以补偿的补偿观测器方法。仿真结果表明,该方法改善了反作用轮低速性能,提高了卫星姿态控制的指向精度和稳定度。     

导弹球窝喷管电动伺服系统摩擦积分自适应补偿控制

针对导弹球窝喷管电动伺服系统中存在摩擦非线性问题,提出一种基于改进稳态Lugre摩擦模型的摩擦积分自适应补偿控制策略。建立基于Lugre摩擦模型的球窝喷管电动伺服系统运动学方程,并结合修正稳态Lugre摩擦模型完成伺服系统简化状态方程;采用反步设计方法,设计含摩擦积分补偿的非线性控制器,同时引入摩擦参数自适应律提高补偿精度,并通过设计Lyapunov函数保证系统全局渐近稳定性;开展了基于遗传算法稳态Lugre摩擦模型参数辨识,建立含摩擦模型的电动伺服系统仿真模型并验证了算法有效性,仿真试验结果表明,与传统PID控制相比,摩擦积分自适应补偿控制能较好地抑制波形畸变,提高了电动伺服系统低速跟踪性能。     

Stribeck模型模糊整定及其在转台控制中的应用

为了实现飞行仿真转台中框阀控马达机构的高精度低速伺服,提出了模糊整定Stribeck摩擦模型状态参数的等效控制电压超前补偿和PID(Proportion Integral Differential)相结合的控制策略.为了规避常规摩擦前向补偿对系统模型及参数的依赖性,提出利用转台中框本身的控制环节直接测定用于摩擦超前补偿的Stribeck电压模型参数;针对系统超低速伺服时速度信号难以检测的特点,设计了模糊整定系统用于改进模型运行状态参数的整定;将设计好的控制器用于中框低速伺服.实验结果表明,系统响应以三角波表示的正反向最小稳定速度为0.000006(°)/s时,跟踪误差在95%时间在0.0002°内,并对其他形式信号也有很高的动态跟踪精度.     

基于神经网络的仿真转台控制系统

在转台存在偏载、摩擦等不确定负载干扰的情况下,用神经网络与PID(Proportional-Integral-Differential)控制相结合的方法,设计了适应负载变化的转台控制系统.分析了基于BP(Back Propagation)神经网络的自适应PID控制器的基本原理,建立了转台位置控制系统的数学模型,并对控制系统进行仿真分析和实验验证,通过与传统PID控制的对比实验与仿真表明:所设计系统由于有自学习能力,能动态调整PID参数,使系统表现出良好的抗干扰能力和跟踪性能,证明了所设计系统的有效性.该算法结构简单,PID初始参数调整方便,易于在转台实时控制系统中应用.     

电液负载模拟器摩擦参数辨识及补偿

针对摩擦干扰在电液负载模拟器控制中的影响,提出了将被试件简化为自由伸缩刚性杆的摩擦力作用模型。模型中采用能全面反应摩擦特性的LuGre模型描述摩擦力大小。LuGre的静力摩擦系数和动力摩擦系数依托两种特殊工作状态进行辨识,相应的辨识数据验证了所求系数的准确性。摩擦补偿具体实施时,利用结构不变性原理,求解出摩擦补偿控制器。在此基础上,对负载模拟器开展了位移伺服、力矩伺服、多余力等方面的摩擦力补偿实验。实验结果表明,所求解的LuGre模型及摩擦补偿控制器可以较好地消除摩擦力对负载模拟器控制的影响。     

电液飞行转台的分数阶积分滑模非线性控制

电液飞行转台是飞控系统半实物仿真测试的关键设备,它是在实验室条件下复现飞行器运动姿态的高精尖试验设备,具有重大经济价值和国防战略意义.为提高该设备的动态跟踪精度,提出一种基于分数阶积分滑模的非线性鲁棒控制策略.在积分滑模控制器中引入分数阶算子,能更有效地提升系统瞬态响应,并能提供更多的控制自由度.同时基于 Lyapunov 分析方法证明了该控制器在存在参数不确定、强外干扰力矩和未知非线性摩擦特性等情况下仍能保证系统的全局渐近稳定性.以某型电液飞行转台外框阀控马达为例,针对多种运动工况进行仿真分析,结果表明该方法能有效提高系统的瞬态性能和鲁棒能力.     

基于LuGre模型的电液加载系统摩擦补偿

为了提高电液加载系统控制精度,针对摩擦问题提出了基于LuGre摩擦模型的前馈补偿方法.建立了用于摩擦仿真分析和补偿器设计的电液加载系统数学模型;通过实验获取并分析了相关的摩擦数据;基于实验数据进行LuGre模型参数辨识,把LuGre模型和辨识结果引入电液加载系统数学模型,并进行仿真结果与实际摩擦数据的对照,证明了LuGre摩擦模型的准确性.设计前馈补偿器,进行了实验对比,实验结果表明前馈补偿器可将摩擦产生的控制误差有效地降至未补偿时的30%左右.      

滑模干扰观测器在低速光电跟踪系统中的应用

针对摩擦等非线性干扰因素对光电跟踪伺服系统低速性能的影响,系统设计分为两部分完成.将各种干扰信号等效成控制输入端的等效输入干扰(EID,Equivalent Input Disturbance),针对系统名义模型搭建滑模干扰观测器,利用系统的状态观测误差推导出系统的等效输入干扰,并采用Lyapunov函数推导出该观测器稳定收敛的条件,通过设计增益矩阵与反馈矩阵,调整观测器跟踪系统状态的收敛速度,最终实现抑制系统跟踪过程中的干扰信号;针对系统的动态部分设计了自适应加速度稳定控制器,进一步补偿了干扰估计的不足问题,保证了系统动态跟踪的精度与稳定性,增强了控制系统的鲁棒自适应能力.仿真和实验结果证明了该方法的有效性.     

基于大脑情感学习模型的转台伺服系统设计

提出了基于大脑情感学习(Brain Emotional Learning,BEL)模型的高精度转台伺服系统智能控制方案。BEL模型是一种模拟哺乳动物大脑情感学习过程的仿生计算模型。设计了融合系统跟踪误差、控制输入等信息的BEL智能控制结构,通过选取不同的感官输入信号可获得不同的控制结构,采用联想学习方法在线学习BEL模型内部的节点权值来调节控制器参数,从而实现转台伺服系统的自适应跟踪控制。仿真和实验结果均表明,BEL智能控制器学习能力强,能抑制摩擦等非线性干扰因素,在实时控制系统中表现出较好的稳定性和较高的跟踪性能。     

一种室外远距离天线测试转台系统的控制方法

为了满足天线在室外的远距离测试需求,提出了一种外场天线测试转台的控制方法。该天线测试系统由上位测试子系统、发射转台子系统和接收转台子系统组成,通过无线网桥实现各子系统间的远距离无线通讯;转台子系统采用EtherCAT 总线,接线形式简单、容易扩展、通讯速率快;采用TwinCAT 和LabVIEW 作为软件开发环境,开发了转台的运动控制和通讯软件界面。本论文对转台子系统控制原理及子系统间通讯方式进行了详细说明,分析了转台子系统定位精度,并通过试验表明该系统满足室外远距离天线测试需求,满足设计指标要求。     

PWM低速爬行状态系统波动分析

脉宽调制技术（PWM）在自动控制领域有着广泛的应用。然而，在实际工程应用的过程中，包含PWM的系统在低速驱动的条件下难以达到高精度速度指标的要求。在工程实践经验的基础上，对这一问题进行详细分析，提出PWM的截断效应和移频效应引起波动的理论，并结合典型的机电伺服系统模型进行仿真，完成仿真层面的验证。仿真结果展示了机电伺服系统在低转速状态下由于PWM的截断效应引起转速波动的现象，契合了实际系统中表现的情况，验证了截断效应和移频效应的正确性，为提高系统精度指标提供了依据。     

气动负载模拟器的多余力矩分析

为了分析气动负载模拟器中多余力的形成及影响因素,介绍了气动负载模拟器的工作原理、结构框图及实验平台,推导了气动负载模拟器的数学模型,并通过实验和仿真对比模型进行了验证。采用线性化方法定性分析了影响气动负载模拟器多余力的3个因素——被动压差、惯性力矩以及摩擦力矩。采用非线性仿真定量分析了该3个因素分别对气动负载模拟器的多余力矩的影响。得出了在气动伺服加载系统中,摩擦力矩是引起系统多余力矩的重要因素。     

直线电机定位平台的摩擦建模与补偿

介绍了一种由双边直线电机驱动的H型精密定位平台,为了减小运动平台的速度跟随误差和定位误差,研究了该精密定位系统的摩擦建模和补偿问题.由于工作台的滑块在导轨的不同位置表现出不同的摩擦特性,为改善补偿效果,提出了一种基于经典Stribeck摩擦力模型和工作台运动副位置参数的摩擦建模新方法,通过实验和回归的方法辨识出了工作台双边导轨的改进型Stribeck摩擦模型.基于建立的摩擦模型,采用前馈技术进行摩擦力补偿控制.实验结果表明,基于模型的摩擦补偿提高了系统的控制性能;改进型Stribeck摩擦模型比传统Stribeck摩擦模型有更好的补偿效果,适合具有大行程工作台的摩擦建模与补偿.      

基于数字滤波器的伺服系统谐振抑制方法

针对飞行仿真伺服系统(转台)中存在的机械谐振问题,在分析传统陷波器及二阶低通滤波器谐振抑制原理的基础上,提出了一种双二次谐振抑制数字滤波器.该双二次型数字滤波器结合了传统陷波器和二阶低通滤波器的特点,能够将谐振点和反谐振点同时抑制.通过理论分析与仿真验证相结合的方式,阐述了该双二次型数字滤波器能够同时抑制正反谐振点的原理,并将该滤波器加入到了转台系统中进行实验.实验结果表明,所设计的滤波器在提高跟踪精度的同时有效拓宽了系统的带宽.