磁悬浮柔性转子系统变学习速率单神经元PID控制

磁悬浮轴承柔性转子系统的转速范围较大,固定的控制参数很难同时保证系统所需的低频和高频特性。本文在一般单神经元PID控制的基础上,将转速信号引入磁悬浮轴承数字控制器,在不同转速段选择不同的学习速率以调节控制参数得到合适的磁悬浮轴承的刚度和阻尼。试验结果表明,变学习速率单神经元自适应PID控制能够明显减小转子在各阶临界转速时的振幅,有助于磁悬浮轴承柔性转子系统的安全稳定运行。     

机动飞行下机载磁悬浮转子振动响应

为了探究机动飞行对机载磁悬浮转子振动响应的影响,建立了飞机机动飞行下柔性转子的运动微分方程和磁悬浮轴承模型,使用基础运动的6个参数描述了飞机转弯和俯冲拉升2种机动飞行的完整过程,对1个磁悬浮轴承支承的单盘柔性转子进行了振动响应数值计算分析。仿真结果表明：采用比例-微分控制的磁悬浮轴承转子系统在飞机转弯和俯冲拉升时,转子进动中心会随着机动飞行过程发生偏移,转子振动增大,可能与磁悬浮轴承发生碰摩故障;采用比例-积分-微分控制时,磁悬浮轴承可以以增大控制电流为代价减小机动飞行对转子振动的影响。为了实现磁悬浮轴承在航空发动机等机载旋转机械上的应用,在磁悬浮转子系统设计时要充分考虑机动飞行对振动响应的影响。     

无轴承异步电机的自抗扰控制策略

针对无轴承异步电机(BLIM)的逆系统解耦控制性能受负载和参数变化影响的问题,在转子磁链定向逆系统解耦控制的基础上,采用自抗扰控制器(ADRC)替换经典的PID控制器,将BLIM模型中的交叉耦合项、本体参数变化和负载视为“扰动”,统一用ADRC的扩张状态观测器(ESO)估测,非线性状态误差反馈控制器(NLSEF)进行补偿。仿真结果表明:采用了ADRC,系统具有较好的动态解耦控制性能;同时,对电机参数和负载变化具有更好的鲁棒性。     

基于变速积分的高速电机磁悬浮控制系统设计

针对磁悬浮高速电机的磁轴承-转子系统,设计了基于MCU+FPGA的数字控制系统。为实现转子系统的高转速下稳定控制,在建立了磁轴承-转子闭环控制系统模型的基础上,针对常规PID控制系统的超调振荡问题和PD控制系统的转子位移静差问题,利用变速积分的思想设计了改进的PID控制器。实验表明,在消除了系统静差的同时明显减小了系统的超调量和调节时间,说明设计的控制系统具有很好的动态特性和稳态精度。     

基于状态观测器的IMU旋转控制算法研究

本文研究了光纤陀螺罗经系统的精密转位控制技术。通过对无刷直流电机传递函数模型的推导,提出了电流环、速度环和位置环三闭环控制的精密旋转控制方案,采用模糊自整定PID参数的控制算法。利用状态观测器实时估计电机的速度信息,无需速度传感器,不仅节约成本,而且减小了系统体积。应用MATLAB/Simulink搭建了模糊自整定PID控制器和状态观测器的仿真模型,仿真结果表明,该旋转控制系统的稳态误差为5″,响应速度快,没有超调和震荡。     

磁悬浮柔性转子系统变学习速率单神经元自适应PID控制

为同时保证磁悬浮轴承柔性转子系统所需的低频和高频特性,在一般单神经元PID(proportion integration differentiation)控制的基础上,将转速信号引入磁悬浮轴承数字控制器,在不同转速段选择不同的学习速率以调节控制参数得到合适的磁悬浮轴承的刚度和阻尼.试验结果表明,变学习速率单神经元自适应...     

保护轴承系统中弹性环不同安装位置对转子跌落后动力学响应的影响

针对磁悬浮轴承系统中通常需要一套保护轴承作为磁悬浮轴承失效后转子的临时支撑,转子跌落后将产生的巨大冲击和振动这一问题,提出将弹性环分别安装于转子和保护轴承外圈两种不同位置来缓冲转子跌落所带来的冲击和振动.针对两种位置建立转子跌落的动力学模型,并对所建立的模型进行数值仿真计算,主要分析对比了安装位置不同对转子跌落后碰撞力、轴心轨迹和保护轴承内圈转速的影响.在理论分析的基础上,进行了相应的试验研究.仿真和试验结果表明:将弹性环安装于转子上更能有效地减小转子跌落后的振动幅度和冲击力.      

扩张状态观测器在无人机纵向飞行控制中的应用

针对在设计无人机控制律时存在未建模动态和不确定扰动的特点,将未建模动态和不确定扰动视为综合扰动,引入扩张状态观测器对综合扰动项进行估计并补偿,设计出不依赖对象模型的改进PID控制器.仿真结果表明,该控制器在控制量品质、动态性能、稳态精度等方面都优于常规PID控制器.     

基于支持向量机回归和RBF神经网络的PID整定

针对工业控制领域中非线性系统控制,在基于梯度下降法的RBF网络PID整定的基础上,对整定算法作出改进,控制目标不再是使当前跟踪误差最小,而是使当前跟踪误差和下一时刻跟踪误差的平方和最小。实现过程为:先由RBF神经网络在线辨识被控对象离散模型,得到被控对象的Jacobian信息,采用梯度下降法对PID控制器参数进行初步整定;然后,将系统跟踪误差和PID参数输入支持向量机模型,通过回归预测系统下一时刻的误差,改进的整定算法利用预测误差信息对参数进行再整定。仿真结果表明,引入支持向量机回归优化的RBF神经网络PID整定收敛速度更快,精度更高,跟踪性能优于RBF神经网络PID整定。     

基于改进内模控制的永磁同步电机电流环设计

永磁同步电机(PMSM)作为一种高阶非线性系统,由于参数摄动和外部干扰的原因,传统内模控制器不能保证其精确的控制要求。在传统内模控制的基础上,设计了一种基于指数收敛的误差干扰观测器。在解耦和反电动势补偿情况下,建立内模控制器,然后由内模控制器的输出和反馈电流,构造误差干扰观测器的状态方程,输出误差补偿信号,补偿电机运行过程中参数变动和干扰因素,实现PMSM的高精度控制。建立MATLAB/Simulink仿真模型,仿真中人为增加不确定量和扰动。仿真结果表明,在存在不确定信号和负载扰动时,采用改进的内模控制可以实现电流补偿,降低电流纹波,减小电流稳态误差,同时提高转速响应速度,降低扰动误差。     

径向磁气组合轴承系统的动态性能

为探究磁轴承失效时能否减轻转子跌落带来的损害,将人字槽径向动压气体轴承引入磁轴承转子系统,研究磁气组合轴承对系统动态性能的影响和动压气体轴承的支承特性。采用有限差分法和小扰动法求解气膜厚度方程和雷诺方程,研究动压气体轴承的静动态特性。对磁轴承电磁力进行了分析,采用磁轴承不完全微分PID（比例-积分-微分）控制策略,对系统进行了理论模态分析和试验模态分析,完成了系统高速旋转试验,测试了动压气体轴承在不同偏心率和转速下的承载力。结果表明,引入动压气体轴承可提高系统的动态性能,在磁轴承失效造成高速转子跌落瞬间,偏心率趋近于1,两个径向动压气体轴承能够产生较大承载力,减轻转子跌落造成的损害。      

基于自抗扰控制的共轴直升机姿态控制律设计

以某型共轴双旋翼无人直升机作为研究对象,对无人机返航进场与降落着舰阶段的抗扰动问题进行研究。针对海上着舰环境下的外界干扰与不确定性问题,选用自抗扰控制器设计共轴直升机姿态控制律,以提高共轴直升机对外部扰动的抗扰性能。针对自抗扰控制律调整参数过多问题,设计改进粒子群算法进行自动参数优化。仿真结果表明:改进粒子群算法能够显著提高参数整定速度,且精度更高;优化参数后的自抗扰控制律在强干扰环境下具备良好的动态响应与鲁棒性。     

基于自抗扰理论的小型四旋翼飞行器姿态控制

针对四旋翼飞行器的强耦合性、非线性、易受外界干扰等控制难点,研究利用自抗扰控制器对四旋翼飞行器进行姿态控制的技术问题。通过牛顿-欧拉方程建立四旋翼飞行器动力学模型,将不确定性、耦合及参数摄动等干扰作为"总和干扰",利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用非线性反馈抑制补偿残差,进行四旋翼飞行器姿态控制仿真实验。结果表明:在存在模型参数摄动和外界扰动的情况下,扩张状态观测器很好地实时估计和补偿了四旋翼飞行器的总和干扰,基于自抗扰的四旋翼飞行器姿态控制系统具有较好的动态品质、稳态精度以及较强的鲁棒性。     

基于未知输入观测器的涡扇发动机直接推力控制

针对某型涡扇发动机,进行直接推力控制回路设计方法研究.基于未知输入观测器(UIO)原理建立了涡扇发动机机载模型和推力估计器,UIO通过解耦外界干扰实现了全飞行包线推力的准确估计;提出了直接推力闭环反馈控制的双回路结构设计方案,内环转速控制,外环推力控制,有利于实现各回路控制参数的独立设计.仿真验证结果表明:基于UIO的模型基涡扇发动机直接推力控制具有良好的控制稳定性和抗干扰性能,对于发动机不同工作点直接推力控制,推力控制误差不超过0.1%,转速控制偏差不超过0.2%.      

A linear ADRC-based robust high-dynamic double-loop servo system for aircraft electro-mechanical actuators

Compared with traditional hydraulic actuators, an Electro-Mechanical Actuator(EMA)is small in size and light in weight, so it has become more widely used. Aerodynamic load on aircraft control surface varies dramatically, and a change of flight environment leads to uncertainties of motor parameters. Therefore, high-dynamic response and strong anti-disturbance capability of an EMA are of great significance for aircraft rudder control and flight attitude adjustment. In order to improve dynamic response and disturbance rejection of an EMA and simplify control parameters tuning, a robust high-dynamic servo system based on Linear Active Disturbance Rejection Control(LADRC) is proposed for an EMA employing a Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM).Firstly, total disturbances of the EMA are analyzed, including parameter uncertainties, load variation, and static friction. A disturbance observer based on a reduced-order Extended State Observer(ESO) is designed to improve the anti-interference ability and dynamic performance. Secondly, the servo control architecture is simplified to a double-loop system, and a composite control of position and speed with acceleration feed-forward is presented to improve the EMA frequency bandwidth.Thirdly, the ideal model of the EMA is transformed into a simple cascade integral form with a disturbance observer, which makes it convenient to analyze and design the controller. Robustness performance comparisons are realized in frequency domain. Finally, simulation and experimental results have verified the effectiveness of the proposed strategy for EMAs.     

基于变增益扩张状态观测器的永磁同步电机转速环自抗扰控制器设计

线性扩张状态观测器(LESO)在观测初始阶段,系统状态量实际值与估计值误差较大。由于LESO高增益的影响,导致LESO在初始时刻的扰动估计输出出现很大的峰值,而且观测器增益越大,峰值现象越严重。针对上述问题,设计了一种变增益扩张状态观测器(TESO),其增益是一个时变函数,在初始时刻为较小的函数值,随着时间逐渐增大,直至趋于一个较大常数。利用李雅普诺夫变换和微分代数谱理论给出了参数整定公式。将线性自抗扰控制器(LADRC)中的扩张状态观测器替换为TESO,并将其应用于永磁同步电机转速控制中,计算机仿真和系统试验验证了该控制器设计的有效性。     

一种基于串级线性自抗扰控制的四旋翼无人机控制方法

提出了一种基于串级线性自抗扰控制器的四旋翼无人机控制方法。根据建立的紊流模型形成了干扰风,在干扰风的环境下建立了四旋翼的运动学模型,并设计了一个串级的线性自抗扰控制器,其中外环采用位置控制,内环采用姿态控制。对比了该控制器与非线性自抗扰控制器和经典PID控制器在无风干扰和有风干扰下无人机的定点悬停的性能。仿真试验结果表明,无论是在无风干扰下还是在有风干扰下,该控制器的性能均好于非线性自抗扰控制器和PID控制器,具有较好的鲁棒性,能够运用到各种类型的旋翼无人机的工程控制中。     

教与学优化算法在风力机变桨自抗扰控制中的应用

随着风力机的发展越来越智能化,除了要求风力机的运行可靠性,还要求其有稳定的输出功率。为了使风力机变桨控制器在运行过程中具有优良的动态品质,提出了一种自抗扰控制(ADRC)的变桨距控制方案,但ADRC也存在参数多、整定难度大这一明显缺点。为此,将教与学算法应用到ADRC的整定过程中,实现了参数的自动整定。仿真结果验证了通过教与学算法自动整定ADRC参数的可行性,与传统PID控制器相比,整定后的ADRC能较好地满足风力机变桨距控制要求,有效维持了风力机输出功率的稳定性。