磁悬浮冷压缩机转子的动力学分析和试验研究

磁悬浮冷压缩机是大型超流氦制冷系统的关键部件.针对某磁悬浮冷压缩机转子系统,通过构建基于铁木辛柯梁理论的转子有限元模型,以及将电控硬件的作用定义为等效刚度和等效阻尼,组建了闭环系统中磁悬浮转子的完整模型,并完成了临界转速和不平衡响应的仿真计算.仿真和实验测得冷压缩机转子在相同PID控制器作用下的刚体临界转速分别为27 Hz和28 Hz,前两阶弯曲临界转速的百分比误差均不超过2％.控制器的关键参数在一定范围内变化时,通过不平衡响应仿真计算和50000 rpm范围内的升速实验这两种方法得到的转子动力学特性较为相符.这验证了所提出的建模和动力学计算方法的可靠性和准确性,研究成果对冷压缩机转子的结构设计以及控制器调试具有重要参考意义.     

基于单神经元神经网络的无刷直流电机控制系统仿真

无刷直流电机是一种多变量、非线性、参数时变以及强耦合的复杂系统,利用传统比例积分微分(proportional integral differential,PID)算法控制无刷直流电机存在参数调整困难、自适应能力差、控制精度低以及抗干扰能力弱等问题.为实现无刷直流电机的高精度控制,在转速环中引入了基于单神经元神经网络PID控制算法,研究了无刷直流电机的数学模型及运行特性,提出了单神经元神经网络PID算法,最后比较分析了在电机双闭环控制系统中转速环采用不同控制算法下的转速阶跃函数响应,以及三相电流、反电动势和电磁转矩的运行状态.结果表明:单神经元神经网络PID算法控制下的无刷直流电机其转速的阶跃函数响应具有更快的上升时间、更小的超调量以及更加稳定的运行状态.     

试验台转速控制系统动态性能仿真

为了提高工程机械多功能试验台的快速响应性与稳定性,建立了工程机械多功能试验台转速控制系统的动力学模型和仿真模型,利用PID(比例、积分、微分)控制器调整仿真参数,通过突加阶跃载荷和斜坡载荷来仿真模拟试验台在真实工况下的突然加速或减速以及速度平稳变化的过程。结果表明:仿真参数的合理选择对系统的响应性与稳定性有重要影响,参数调整后,系统的响应时间以及超调量满足工程机械响应时间短、超调量小的要求,系统具备较好的快速性与稳定性;仿真曲线验证了理论分析与实际情况相吻合。     

基于区间数的高速磨床主轴系统的不确定性优化研究

为了更精确地反映主轴系统在工作状态下的情况,针对高速磨床主轴系统建立柔性体动力学模型,对其在不确定性磨削力作用下的工况进行数值模拟和优化研究.首先采用优化拉丁超立方试验设计方法在设计变量和不确定参数构成的混合空间内采样,再建立包含不确定量的主轴系统径向基函数近似模型,代替耗时的数值仿真模型.利用基于区间数的不确定性优化方法对高速磨床主轴系统进行优化设计研究.结果表明,利用基于区间数的不确定性优化方法,对主轴系统的关键参数进行优化后,表征磨削质量的刚体砂轮质心的径向跳动值比原来有了较大的减少,得到了在不确定磨削力影响下优化结果的响应区间.     

船舶航向非线性迭代滑模变结构PID控制

针对一类不确定非线性受扰动系统,提出非线性迭代滑模变结构PID控制方法.通过对系统输出迭代设计非线性滑模函数,并引入传统PID控制,综合了滑模变结构控制与PID控制的鲁棒性强的特点,避免了传统PID控制积分引起的超调以及变结构控制的抖振问题.设计了船舶航向控制器.仿真结果表明,非线性迭代滑模变结构PID控制下的系统阶跃响应超调明显减小,定常干扰下的静态误差得到消除,稳定时间明显缩短并可通过设计参数调节,表明控制算法具有强鲁棒性.     

液压泵控马达数字调速系统研究

对液压泵控马达系统及其排量伺服机构分别进行了数学建模,分析了其各自及串联后的频率特性与阶跃输入响应特性. 理论分析表明:液压泵控马达系统的带宽较大,响应较快,阶跃输入下系统出现超调;排量伺服机构的开环增益较小,其带宽较低,响应较慢. 设计了调速系统的马达转速闭环数字PID控制算法,实验结果表明,通过仿真模型优化得到的数字PID控制参数能很好地用于实际泵控马达调速系统的闭环控制,并能获得良好的稳定性和快速性.     

磁悬浮平台的解耦模糊PID控制

介绍差动式磁悬浮平台的结构与工作原理,建立磁悬浮平台的数学模型.采用输入输出空间变量变换实现平台3自由度的解耦,研究磁悬浮平台的模糊PID控制.该控制方法根据不同的偏差E、偏差变化率EC对PID参数Kp,Ki和Kd进行自校正,给出了Kp,Ki和Kd的模糊规则表.实验结果表明:平台的阶跃响应超调量很小,约为6%,上升时间约为0.1 s,稳态误差约为2%:当平台被迫向下偏移0.2 mm时,系统仍能快速回到平衡位置且稳定悬浮,系统具有很好的刚度阻尼特性和鲁棒性.     

磁悬浮永磁同步电机转子系统的参数辨识与控制

针对磁悬浮永磁同步电机转子系统在悬浮控制过程中,由于磁力参数不准确从而影响控制器的优化设计甚至破坏系统稳定性的问题,提出一种基于高斯调制函数法的磁力参数辨识方法,并设计滑模控制律对转子的稳态悬浮进行控制。首先,让磁悬浮转子系统在PID控制下闭环稳定,再以多正弦信号激励系统,利用高斯函数作为调制函数,对磁悬浮转子系统连续动力学模型进行数字调制积分,从而建立离散等价参数辨识模型;然后,选择与磁悬浮转子系统频带覆盖范围相匹配的尺度参数构建高斯调制函数,对磁悬浮永磁同步电机实验台的磁力参数进行辨识;最后,依据辨识所得的模型参数设计滑模控制器,实现永磁同步电机转子的稳态悬浮。所提方法避免了对微分信号的直接处理,同时又回避了积分初值问题,能够便捷、有效地辨识磁力参数;所设计的滑模控制器使得磁悬浮转子系统拥有更好的稳态和动态性能。实验结果表明：根据所提方法设计的滑模控制器能够使转子在0.2 s内到达目标位置并保持稳定,其调节时间仅为PID控制的40%。     

高速动静压轴承支承主轴系统动特性测试研究

以自行设计的高速主轴水润滑动静压轴承为基础,采用不平衡质量法识别出转子系统支撑轴承的动特性系数,通过轴承性能测试实验得到了供水压力、主轴转速等运行参数对轴承-转子系统动特性的影响.结果表明:轴承-转子系统动特性系数随系统供水压力和主轴工作转速的增加而增大;在供水压力较低时,工作转速对轴承动特性影响较小;当供水压力升高到一定程度时,工作转速对轴承的动特性产生较大影响,此项研究对轴承-转子系统结构参数的改进以及不同工况下最佳运行参数的确定具有一定的指导意义.     

阻尼衰减对磁浮主轴系统的影响

应用最优控制理论，对磁浮主轴系统的稳态不平衡响应实施最优控制；建立了系统的有限元模型；采用阻尼衰减控制，使得轴子在外界激扰下的振幅在很短时间内迅速衰减；提高了转子的抗失稳、抗干扰能力，使转子的整体响应水平明显改善．经过仿真计算表明．其控制效果达到要求．     

基于模拟退火算法的数字PID控制器参数整定的研究

研究将模拟退火算法用于数字PID控制器参数的整定中,以误差平方和最小为目标函数对具体对象进行了系统阶跃响应的分析、设计及仿真研究,得到了较好的控制效果,表明模拟退火算法用于数字PID控制器参数的整定具有一定的研究价值.     

基于参数自整定模糊PID算法的平地机行走速度优化控制系统设计

针对平地机作业时行进速度精度的滞后问题及控制参数,提出了基于参数自整定模糊PID算法的平地机行走速度优化控制系统,协调解决行进速度的滞后问题,并完成了将该算法应用在平地机的控制系统中.系统采用单片机作为行走速度的控制中心,为验证参数自整定模糊PID算法的有效性和可靠性,对平地机的行进速度控制进行了设定干扰信号的测试.通过Matlab软件的Simulink仿真,分析了不加PID的常规控制、PID控制、参数自整定模糊PID控制进行速度稳定控制的效果,测试显示响应时间短、响应速度较快,能够满足设计的要求.     

基于改进型蚁狮算法的PID控制器参数优化

由于被控对象往往具有高阶非线性等特点,传统PID( Proportion Integration Differentiation) 控制器参数整定方法容易使控制器出现超调、震荡、性能变差等缺陷。为此,提出运用将蚂蚁和蚁狮的移动步长进行改进的蚁狮算法对参数进行优化,通过其互动关系,选择最佳蚁狮位置确定控制器参数,并与改进前蚁狮算法及其他优化算法进行了对比。仿真结果表明,基于改进型蚁狮算法的PID 控制器具有较好的性能指标,相比于改进前蚁狮算法、遗传算法和粒子群算法,该算法具有较高的系统控制精度,以及较短的响应时间等优点,且算法实现更加简单,证明了该方法对于优化PID 参数具有优越性和有效性,为PID 控制器的参数优化提供了参考。     

基于多步预测的PID型神经网络控制

提出了一种基于多步预测的ＰＩＤ型神经网络控制方案,其控制机理类似于位置递式ＰＩＤ控制,但所产生的控制量是误差信号的比例、积分和微分量的一种非线性组合,可以有效地克服常规ＰＩＤ控制存在的快速性和超调的矛盾。通过利用多步预测误差对ＰＩＤ型神经网络控制器进行训练,可以弥补单步预测存在的控制信号波动较大的缺陷。仿真实验表明,基于多步预测的ＰＩＤ型神经网络控制系统有效随机干扰,具有较强的适应性和鲁棒性。     

基于MATLAB的机电液系统的PID分析

目的采用PID分析的方法对特种液压机电液伺服系统进行分析,得到该系统的传递函数及其各个参数。方法利用Ziegler-Nichols方法对PID参数进行整定,同时利用MATLAB工具对整定的参数进行选择,确定了控制器的参数。结果选取了合适的PID控制器的参数。结论采用PID分析法相对有更大的调整空间,从而可以获得更好的控制性能。     

基于改进SA-WOA算法优化热封刀温度控制系统PID参数的研究

套袋机热封刀温度通常采用PID算法进行控制,但是PID控制参数大多由人为经验设定,控制效果不佳.为解决这一问题,本文提出一种改进SA-WOA算法实现PID控制参数的自整定.首先我们利用阶跃响应曲线法建立系统的传递函数模型,再考虑鲸鱼算法以及模拟退火算法的优点,将两者进行结合;然后在此基础上对算法进行改进,提高算法的收敛速度以及优化效果;再将改进后的算法在MATLAB R2017b平台上进行仿真对比实验;最后,将仿真所得控制参数在套袋机上进行实验测试.仿真对比结果表明,相对于继电反馈算法、粒子群算法以及基于模拟退火的改进粒子群算法,本文算法优化所得参数控制效果更好.实测实验结果表明,本文算法所得参数控制效果良好,可以更好地满足实际的需求.     

反向响应时滞过程PID控制器设计新方法

基于常规单位反馈控制结构，研究了工业中常见的反向响应过程的特性，给出了PID控制器的解析设计新方法．通过提出期望闭环传递函数．解析地推导出PID控制器的形式，同时分析了闭环控制系统所能达到的控制性能和鲁棒稳定性．由此给出了控制器参数的调节规则．该PID控制器的突出优点是可以进行单参数整定，通过单调地调节控制器参数，实现闭环系统的标称性能和鲁棒稳定性之间的最佳折衷．仿真实例验证了该方法优于其他方法．     

大型工业传输设备恒流输送PID模糊控制研究

为了有效实现大型工业传输设备恒流输送的控制,提出一种PID模糊控制方法,将其应用于设备恒流输送的控制中。给出了PID模糊控制器结构,分析了PID模糊控制器参数调整原则,制定了模糊控制规则,通过模糊推理方法对PID参数进行在线调整使大型工业传输设备实现恒流输送。搭建了大型工业传输设备实验系统,给出了相关参数,将神经网络控制方法作为对比进行实验。通过启动控制实验、负载突变控制实验和输送电流波形畸变度实验对PID模糊控制方法的恒流输送控制效果进行分析。分析结论如下:神经网络方法控制下的输送电流不稳定,方法能够有效实现系统的跟踪控制;方法的响应速度快,对负载扰动及突变较神经网络方法具有更好的抑制能力;方法能够保证设备的开关损耗和电磁干扰均保持在较低的水平。     

利用Walsh函数设计PID控制器

以Ｗａｌｓｈ函数为基础．提出了一种模拟量ＰＩＤ控制器参数整定方法．在已知对象开环传递函数的前提下、依据希望的参考响应曲线一次设计出最佳ＰＩＤ三个参数值．该方法简单实用．