倒立摆系统的运动模态分析

提出倒立摆系统在受控稳定状态下的运动模态概念.通过对倒立摆系统物理结构的分析,归纳出由单电机控制的单倒立摆、二级倒立摆和三级倒立摆系统在受控稳定状态下可能出现的主要运动模态.在以数控方式实现由单电机成功控制单倒立摆、二级倒立摆和三级倒立摆系统稳定的基础上,分析控制倒立摆系统稳定的控制律反馈增益系数与系统稳定运动模态之间存在的关系.在实验中成功实现在线改变倒立摆系统的运动模态.     

三级倒立摆系统的可控性与可观性分析

研究了由单电机控制的三级倒立摆系统的可控性和可观性。通过对单电机控制的三级倒立摆系统建立数学模型，并在平衡位置附近线性化，得到线性数学模型，然后根据可控性和可观性判据，得出该系统完全可控和完全可观的结论。     

三级倒立摆的数控稳定

 应用基于物理模型的拟人智能控制思想设计控制器.结合单倒立摆系统模型的定性分析与三级倒立摆物理结构特性分析得到定性控制律,利用系统运动模态随反馈增益系数的转化规律,由智能搜索方法实现定性控制律的量化,成功实现计算机控制三级倒立摆系统长时间稳定,并给出各状态变量实测数据曲线图.应用同样方法可以控制不同结构的三级倒立摆稳定.证实了所采用方法的有效性和实验成果的可重复性.     

拟人智能控制三级倒立摆机理的研究

从杂技顶杆演艺的机理出发,采用相平面分析法并结合人的控制经验,阐述一种比较直观的定性分析与定量估算相结合的拟人智能控制倒立摆方法,从而形成一级倒立摆的控制规律.在引入"等效小车"概念的基础上,易将一级倒立摆系统的分析方法推广到二级、三级(甚至更多级)倒立摆系统的分析.理论分析与实测结果是一致的,从而表明相平面这种定性的分析方法分析倒立摆是可行的.      

一类非线性系统的鲁棒拟人智能控制

针对一类非线性不确定系统,结合二级倒立摆控制系统设计作为实例,提出一种鲁棒拟人智能控制器设计方法.首先,基于被控对象的物理模型设计拟人定性控制律,采用优化搜索算法得到标称系统的定量控制律;然后在拟人控制律基础上增加一个鲁棒补偿器,用以抑制模型不确定性部分对系统稳定的不利影响、提高系统的鲁棒性.补偿器的设计根据Lyapunov稳定性理论进行,但设计过程中避免了构造具体的Lyapunov函数这一难题.对二级倒立摆系统的稳定控制问题进行了实验验证,实验结果进一步证明了设计方案的有效性.      

一种基于混沌神经网络的拟人智能控制方法

提出一种基于混沌神经网络(CNN)的拟人智能控制方法.首先利用拟人智能控制理论得到定性控制律(线性或非线性),然后利用CNN实现控制律的定量化.Hopfield神经网络具有快速的优化能力,但容易陷入局部极小,将遍历性的渐变混沌噪声引入其中,形成具有快速全局优化能力的CNN.对二级倒立摆控制的仿真和实验结果均表明该方法有效.      

事件触发控制在倒立摆系统中的仿真与实验

从理论、仿真、实验3个角度考虑了事件触发控制对于一级直线倒立摆系统的控制效果,进而说明事件触发控制的可行性与实用性。首先,借助线性矩阵不等式给出了事件条件参数的设计方法,并对触发时间间隔下界进行了估计。其次,通过Simulink仿真说明了在无量化效应时理论结果的有效性。最后,通过实验研究了量化效应的影响,发现其对于基于模型控制器的负面作用。实验结果表明,对于实际倒立摆系统,混合型事件条件及零阶保持控制器更加适用,它们可以在保证系统稳定性的前提下有效降低信息的通信频率。上述结果体现了事件触发控制的潜在实用价值。      

基于分层模糊系统的间接自适应控制

为解决模糊控制器中规则数目随系统变量的个数呈指数增长的问题,利用分层模糊系统设计了一类非线性系统的间接自适应控制器,并证明了所提出的设计方法不但能够保证闭环系统的一致有界性,而且可使跟踪误差收敛到原点的小邻域内.通过对倒立摆控制的仿真研究验证了方法的有效性.      

一种基于串联解耦的陀螺飞轮摆角控制方法

陀螺飞轮通过挠性支撑的动量轮转子加减速及侧向摆动实现三轴控制力矩输出,飞轮转子两维侧摆伺服系统是实现三轴力矩输出功能的关键.高速转子两维侧摆运动存在强耦合,采用常规的PID控制器无法实现两通道独立输出控制力矩.给出了一种解耦控制方法,通过串联解耦矩阵实现两维摆角解耦控制,并通过实时计算解耦矩阵系数解决解耦矩阵随飞轮转子转速时变的问题.数值仿真结果验证了这种解耦控制方法的有效性.     

一种非线性鲁棒PID控制器设计方法

针对一类非线性不确定系统,提出了一种基于PID(比例-积分-微分)控制的鲁棒控制方法.整个控制器由PID控制器和一个鲁棒补偿器构成.首先,基于系统的标称模型设计PID控制器;然后在PID控制的基础上,设计一个辅助鲁棒补偿器,用于补偿系统非线性、参数摄动和外界扰动等对系统控制性能的影响.补偿器的设计基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论进行,从而保证了闭环系统的鲁棒稳定.采用该方法对倒立摆跟踪问题进行了仿真控制,仿真结果验证了设计方案的有效性.     

基于AVR控制器的步进电机开环定位控制技术研究CSCD

介绍了一种基于AVR单片机的步进电机控制系统,快速实现步进电机的加速-匀速-减速-定位的运行控制,在实现精确定位运行的情况下还可以实现运行时间的控制,详细分析了其实现原理,并对定位误差进行了实际测量,改变了传统的开环位置控制方法,提升了定位控制精度。     

交流直线电机矢量变换控制软换向方法及实现

分析了磁场定向矢量控制原理,研究了将其应用于交流永磁直线电机的方法与实现途径,建立了基于PC和专用AD/DA板的交流永磁直线电机控制实验系统,采用C语言开发了磁场定向矢量控制程序,由初始化程序得到矢量控制所需的初始化参数,实时中断程序对控制电流进行矢量变换,进而实现对交流永磁直线电机驱动的工作台进行运动控制.通过对初始化阶段电机动子位置、恒定控制电流下A相电流以及电机位置、速度控制的实验数据分析,验证了所研究的基于磁场定向的交流直线电机矢量变换控制方法的有效性.      

基于电压空间矢量控制的卫星天线伺服系统

系统采用电压空间矢量控制的永磁同步电机作为伺服驱动电机,永磁无刷直流电机作为动量平衡电机构成卫星天线伺服驱动系统。伺服电机采用电流、速度和位置三环控制,实现了伺服电机的超稳速和超高精度的运行。平衡电机采用电流、速度和加速度三环控制,保证了平衡电机能够快速、精确地跟踪。由于采用电压空间矢量作图法与瞬时零矢量插入法相结合的控制策略,避免了空间矢量控制中的计算过程,实现了速度调节和转矩调节(电流调节)的解耦控制。     

基于最小铜耗和最大转矩的双三相永磁电机单相缺相折衷容错控制

多相电机缺相后仍具有额外的自由度与灵活性,可以在实现无扰运行的同时提高系统性能。传统容错控制策略或是最小化电机定子铜耗或是最大化转矩输出能力,无法同时兼顾电机驱动系统的运行效率与带载能力。为此,本文通过分析容错运行时不同控制方式下的容错性能,提出基于最小铜耗和最大转矩的折衷容错控制策略。为减少缺相前后控制框架的改变,基于正常解耦矢量控制实现对缺相电机的容错控制。通过在谐波平面注入特定的基波平面电流分量,实现了电机缺相后的无扰运行。为实现所提容错控制策略,额外引入权重系数权衡电机驱动系统产生的定子铜耗与转矩输出能力。通过分析权重系数对容错性能的影响,得出结论：相比最小铜耗控制方式,所提容错控制策略带载能力更强;相比最大转矩制方式,所提容错控制策略运行效率更高,即所提容错控制策略在提高带载能力的同时实现效率最优。最后,双三相永磁同步电机的实验验证了所提容错控制策略的准确性及有效性。     

直驱式两指型在轨捕获装置控制器设计

针对非合作目标的在轨捕获,本文设计了一种直驱式两指型在轨捕获装置控制器.针对空间单粒子翻转事件影响,采用反熔丝FPGA作为控制器的核心处理单元,实现了多种传感器信息的采集,电机驱动,抱闸控制及与外部的总线通讯,并针对该捕获装置提出了速度控制与力矩控制的复合伺服控制策略,即在合拢和拖动阶段采用速度控制方式,在锁紧阶段采用力矩控制方式.在地面模拟实验平台进行了捕获实验,结果表明该控制器能够实现在捕获过程的运动控制并且保证锁紧力矩达到要求.     

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.     

基于退步控制方法的绳系卫星回收张力控制

利用退步控制方法研究了绳系卫星系统TSS(Tethered Satellite System)的平面内回收控制问题,提出了一种新的张力控制律.该控制律设计由两步组成:首先利用退步控制将摆角稳定到目标值,然后通过设计摆角的目标值实现系绳的回收和回收速度的控制.控制率设计了分段连续的目标角度方案和延时环节,可以使TSS回收过程各状态量变化平滑.数值仿真结果表明,该控制律在圆轨道、近圆轨道和大偏心率的椭圆轨道都有很好的控制效果.     

仿生机器鱼尾鳍拍动的控制算法

两关节尾鳍拍动控制是一个在高速、大载荷下的运动控制问题,它要求同时保证速度和位置波形失真都比较小.论证了尾鳍拍动推进方式与鱼体波动推进方式的一致性,根据尾鳍拍动的运动规律导出了用于拍动控制的数学模型.基于SPC-III机器鱼硬件平台,在主臂控制上,提出了根据摆角位置解算转速,并结合时间与摆角位置关系进行速度补偿的算法;在小臂控制上,提出了根据两关节摆角位置的关系及程序循环周期解算小臂目标位置的跟随算法.对高频拍动的实现进行了探讨.在试验中对尾鳍拍动的跟随性进行了验证.      

某起动机转速切断装置自动测控系统设计

采用高速单片机C8051F020和VNH3SP30单封装全桥电机驱动芯片控制电机上升速度并进行转速等数据采集,设计出某飞机起动机部件-转速切断装置组件地面测控系统。实际使用证明该系统能确保转速上升斜率的一致性,捕捉到的切断转速值可靠,并且工作稳定、性价比高、人机界面友好。     

基于DSP的二维运动机构位置测量与控制技术

电机位置测量是伺服控制的关键技术。在分析二维运动机构光栅尺输出信号的基础上,设计DSP对光栅尺信号进行接收和数据处理,并确定采样周期,在PID算法的基础上提出二维运动机构超声波电机的运动控制方案,从而实现了二维运动机构的高精度、高响应控制。