某型舰炮数字伺服系统设计及其控制策略

针对某型舰炮伺服系统数字化改造要求,设计了一种舰炮数字伺服系统。该系统以基于DSP的随动控制板平台代替原有模拟控制平台进行位置环控制,选用成熟可靠的大功率的IGBT脉宽调制变频器进行速度环控制,以交流永磁伺服电动机作为执行元件;为了实现该数字伺服系统的高速高精度位置控制,同时又考虑到实际中火控系统信号给定时间周期较大的问题,又设计了分区分段变参数PID控制算法与前馈控制以及插补控制相结合的复合控制算法。试验表明,该数字伺服系统具有很好的动静态性能,工作可靠、动态响应快,通用性能好,可以应用到其他火炮数字伺服系统设计中,具有较好的应用前景。     

磁致伸缩作动器的位置跟踪补偿控制

为提高磁致伸缩作动器控制精度,以 Jiles-Atherton 磁滞和动力学模型为基础,通过优化偏执磁场和预紧力来提高作动器线性度,并基于前馈控制、PID 反馈控制及柔性神经网络理论,提出了前馈补偿 PID 及柔性神经网络前馈补偿 PID 控制策略。同时,以偏置正弦和阶跃为指令信号,研究作动器的位置跟踪和补偿控制。仿真表明：相比常规 PID 控制和前馈补偿 PID 控制,柔性神经网络前馈补偿 PID 控制具有更好的位置跟踪效果和抗干扰能力,具有无振荡、无超调、响应速度快的特点。     

亚微米级定位的控制策略

本文主要讨论如何通过定位控制改善亚微米级定位装置的静态和动态特性。主要讨论能够实现亚微米级的定位精度、重复精度和无超调的快速暂态响应的控制策略。在亚微米定位的工作过程中,当条件(进给率、摩擦等)发生改变时,保持定位装置性能稳定是极为必要的。本文给出采用PI-D+前馈控制和自适应增益调整实现的实验结果。     

基于模糊PID控制的交流伺服系统设计与仿真

概述模糊控制在交流伺服系统中的应用,介绍了交流伺服系统的工作原理,在此基础上设计一个具有位置反馈的交流伺服控制系统,并引入基于Fuzzy推理的模糊PID控制策略,以提高控制系统的智能性、鲁棒性、快速性和准确性,最后对该伺服系统进行计算机仿真。实验结果表明,这样既可以提高响应速度又可以防止超调,明显改善系统的动态和静态性能,并且鲁棒性强。     

一种小型无人机载雷达伺服系统设计

基于搭载于无人飞行器的小型雷达伺服的工程应用,系统地阐述了伺服系统的组成及工作原理。重点论述了功率驱动器与数字伺服控制器的设计与实现,通过电流、速度和位置三闭环的合理设计,使系统具有较好的动态和静态性能。工程实践结果表明:该系统具有较快的动态响应和较强的抗干扰性,对类似的工程设计及应用具有一定的参考意义。     

成果转化

KUY系列交流异步数字伺服驱动和加载装置 KUY数字伺服和数控装置由德国AMK公司生产的KU系列交流异步数字伺服装置和北京航空航天大学在国产Y系列交流异步电机上开发的交流异步伺服电机组成。系统基于电流矢量控制技术,具有极高的动态响应特性以及控制精度;采用专用大规模集成电路,结构紧凑,工作可靠;集扭矩控制、速度控制、位置控制和数控功能为一体,应用方便,性能价格比优越。     

伺服电机积分型SMC速度控制策略

为解决伺服电机控制系统输出转速可控性差、波动大、动态响应慢等问题,提出积分型滑模变结构控制策略,设计负载转矩观测器解决控制过程中的负载扰动问题,基于Simulink搭建永磁同步电机速度控制系统仿真模型,搭建电机测试系统台架对控制系统的稳态性能和动态性能进行试验验证。研究结果表明,相比于传统比例积分微分控制和普通滑模变结构控制(Sliding Mode variable structure Control, SMC),所设计的控制策略能够使控制系统达到稳态时速度波动较小,鲁棒性较好,抑制了SMC的抖振现象。     

高精度气压源的Fuzzy-PID控制研究

设计了Fuzzy-PID双模控制器并应用到高精度气源压力控制系统中.试验表明,单纯采用PID控制的高精度气源压力控制系统具有精度高的优点,但不适应系统参数的变化.Fuzzy-PID双模控制器具有响应速度快、稳态误差小、鲁棒性强的优点.通过试验比较了传统PID、Fuzzy控制和Fuzzy-PID双模控制3种控制策略,试验结果表明,Fuzzy-PID双模控制器综合了Fuzzy控制和PID控制的优点,适用于高精度气源压力控制系统.     

改进火炮拖动随动系统跟随特性的方法

为了提高火炮拖动随动系统跟随误差精度,在三环伺服控制系统的基础上,提出了一种经典控制和智能控制相结合的方法.利用误差补偿的思想,在位置环采用前馈校正和超前校正的复合控制.采用模糊PI参数自整定控制的思想,在速度环上设计了智能模糊控制器.仿真结果表明,与PID控制系统相比较,系统的动态误差精度从10-3提高到10-4,明显地增强了火炮拖动随动系统的动态跟随特性,并使系统具有较强的鲁棒性.     

高精度交流位置伺服系统模糊自适应控制研究

针对该实时稳定控制系统中某一大功率、大变负载的某高精度位置伺服系统设计了模糊自适应P ID控制器,介绍了大量的静态、动态试验,并给出了在不同状态下的实际实验结果。试验表明:该控制器有良好的控制效果及鲁棒性,较好地解决了该武器系统中火控系统的动态响应。     

基于双目视觉定位技术的无人船航迹跟踪控制室内模型实验

水面无人系统的航向控制与航迹跟踪技术在研究开发阶段一般在室内环境进行调试与运行,该过程需要定位系统进行辅助.实船常用的定位技术难以在室内发挥作用,现有的几种室内定位技术存在成本高、信号传播不稳定等问题.设计了一种基于双目视觉定位技术的船模航迹跟踪控制系统.结合实验场地和实验对象,通过在船模上布置特征物、图像预处理、图像...     

高性能永磁交流伺服系统研究

重点介绍了永磁交流伺服系统的控制策略,位置检测和辨识、主电路和驱动技术等关键技术.在研究了其物理方程、转矩方程和等效电路的基础上,提出了永磁同步电机的数学模型.叙述了矢量控制的原理,构建了永磁同步电机交流伺服系统,并对上述电机模型,矢量控制方法及相关硬件设计进行了研究.     

PMSM位置伺服系统新型融合控制策略

针对PMSM位置伺服系统存在非线性、强耦合等特征,提出了一种基于分数阶PID和分数阶滑模控制的新型融合控制策略。通过检测位置误差、速度及负载转矩,归一化处理后带入构造的二次性能指标函数,根据其数值动态改变分数阶PID和分数阶滑模控制器输入到被控对象控制量的权重值大小,从而确保提出的新型融合控制策略具有快速跟踪和抗扰动能力。数值仿真实验结果表明:新型融合控制策略比分数阶PID和分数阶滑模控制拥有优良的动静态性能和较好的鲁棒性。     

基于改进ESO的交流伺服系统FOPID定位控制

针对高炮炮控交流伺服系统高精度定位控制存在的外界干扰及诸多非线性因素,提出了基于连续光滑函数fan()的改进扩张状态观测器(ESO),并将其应用于分数阶PID控制器,即CS-ESO-FOPID。该控制器将所有外界干扰因素作为"总干扰"获取干扰实时量,并通过改进扩张状态观测器实现非线性因素的实时动态补偿。数字仿真证明,CS-ESO观测优于传统ESO观测,CS-ESO-FOPID的动态控制精度及对外部扰动的鲁棒性均优于FOPID控制,避免了基于传统ESO的分数阶PID易出现的高频颤振现象,从而验证了该控制策略的可行性和有效性。     

快轴伺服系统的设计与性能测试

研制了用于加工非回转对称光学元件的快轴伺服系统(FAS)的整体结构及其控制系统,系统具备较大行程和高工作频率,最大的行程可达到30mm。系统采用了音圈电机驱动的气体静压轴承技术、线性电流放大器、高分辨率编码器以及高速控制系统。对不同截面形状气浮导轨的静、动态特性进行了有限元分析。系统采用PID反馈和速度/加速度前馈控制方法来改善系统的动态性能。FAS系统0.1mm阶跃响应的上升时间为2ms,最大超调量为0.4%,稳态时间为4ms,对铝件进行超精密切削实验,表面粗糙度可达Ra24nm,实验结果表明系统具有较好的动态和切削特性。     

直流位置伺服系统改进型IMC-PI控制方法

针对直流位置伺服系统,提出了一种改进型IMC-PI控制方法。引入作用函数,并将其与IMC-PI控制器串联,构成改进型PI控制器,其中IMC-PI控制器根据内模控制原理进行设计,作用函数为系统偏差的微分表达式,其阶次的选择应保证系统开环传递函数为严格正则。改进IMC-PI控制可使系统的调节过程分为作用函数趋近零和保持为零的两个阶段,从而保证系统偏差按照作用函数等于零确定的轨迹趋近于零。仿真结果表明所提方法可使系统具有良好的动态响应性能和鲁棒性。另外,利用Qstudio RP实验平台跟随跟随1+sin(10t)rad正弦信号时,IAE为0.14 rad·s,实验结果表明该方法可有效改善伺服系统的性能。     

双控制回路电静液作动器建模及控制器设计

针对典型电静液作动器存在响应速度较慢的问题,将伺服阀引入其中,采用压力和位置双控制回路体系,阐述了其工作原理和建立了数学模型。同时作动器作为参数不确定性和外负载力变化的系统,在压力控制回路中,考虑其不确定性范围和性能指标要求基础上,基于定量反馈理论(QFT)设计了压力控制器。在位置控制回路中,运用动态压力校正伺服阀流量,消除外负载力的影响;并把位置误差引入压力控制回路,以提高其响应速度。仿真结果表明,其综合性能较好且便于工程实现。     

变负载变转速输入泵控马达调速系统

行车取力泵控马达发电系统可以改变现有装备车辆供电模式。针对泵控马达系统存在转速和外接负载扰动的问题,以输入变转速变负载变量泵-定量马达恒速控制系统为研究平台,建立系统的流量模型,确定了对转速和负载扰动的控制策略以及相应的前馈补偿系数,采用了PID闭环控制与前馈补偿相结合的复合控制方法。并通过Matlab的Simulink模块对建立系统的仿真模型,得到了系统在转速和负载扰动下的控制规律,结果表明控制系统在两种扰动下反应迅速,最后通过实验验证,马达输出转速能保持在较理想的状态,为行车取力发电系统实现提供了借鉴意义。