伺服系统中阀控双马达消隙传动的实验研究

在精密雷达伺服系统中,从马达到负载间传动链的间隙,是一种最讨厌的非线性因素。它可能引起极限环振荡。一旦产生振荡,必将严重损害系统的精度。避免这种极限环振荡的根本办法是采用各种消隙传动。     

基于LuGre模型的飞机助力器极限环振荡仿真研究

通过对控制网采用非线性LuGre摩擦模型，建立了助力器反馈装置的动力学模型，进而得到助力器探纵系统的非线性模型．以某型飞机液压助力器为研究对象，进行了数值仿真计算，验证了在特定条件下助力器的极限环现象。分析了助力器主要的结构参数对极限环振荡的影响，仿真结果表明较小的控制阀阀口面积梯度，较小的反馈比对助力器抑制极限环振荡有较大作用。     

近空间高动态飞行器舵机加载模拟器地面试验研究

设计的舵机加载模拟器通过模拟高动态飞行条件下的气动载荷并测量舵机在载荷条件下的动态频带来考核舵机的响应特性.完成了舵机电动加载模拟器的试验系统设计,并在加载控制器中采用力矩前馈和舵机角速度前馈的复合控制方式,实现了小力矩情况下的高动态加载试验.试验结果数据通过傅立叶分析表明采用复合控制的方式可以满足在加载力矩幅值小于10Nm情况下,舵机电动加载模拟器的动态频带可达到10Hz,并且加载力矩与指令力矩之间幅差＜2%,相差＜6°.     

飞行器半实物仿真中自适应电动加载系统设计

在飞行器半实物仿真系统中,需要精确模拟飞行器舵面气动载荷,针对舵机运动产生的多余力矩对系统性能的影响,通过构造自适应前馈控制器设计了自适应电动加载系统.基于模型参考自适应控制(MRAC)原理,通过构造合适的李亚普诺夫函数,证明了系统跟踪误差的渐近收敛性.仿真结果表明,自适应电动加载系统有效抑制了多余力矩,系统具有良好的跟踪性能.     

舵机带宽对Ⅱ型PIO预测影响研究

针对舵机带宽影响Ⅱ型PIO预测结果的问题,提出对有限舵机带宽人机系统运用高度饱和描述函数模型进行Ⅱ型PIO预测。基于描述函数法分别建立了速率限制舵机的正弦输入/三角输出描述函数模型和高度饱和描述函数模型,研究了两种模型在Ⅱ型PIO预测中的使用域。对有限舵机带宽人机系统,分别运用高度饱和描述函数模型及正弦输入/三角输出描述函数模型进行了Ⅱ型PIO预测。仿真结果表明,在进行Ⅱ型PIO预测时需考虑舵机带宽的影响,应用高度饱和描述函数模型可提高预测结果精度。     

考虑面内外摆角对电动绳系离轨过程的参数影响分析

利用电动绳系实现空间碎片自主离轨有广阔的应用前景。受洛伦兹力矩和重力梯度力矩作用,绳系姿态将在当地垂线附近振荡。首先采用拉格朗日法建立电动绳系面内外姿态动力学模型;随后结合国际地磁场模型,给出洛伦兹力和洛伦兹力矩的计算方法;最后结合姿态动力学模型和高斯摄动方程,建立了电动绳系离轨数值仿真模型,在考虑无摆角、仅有面内摆角、有面内外摆角的条件下,对电动绳系离轨过程进行仿真对比。仿真结果说明,电动绳系姿态振荡对离轨有明显影响,只有考虑绳系姿态,才能精确预测轨道参数的变化。     

飞机舵机电动加载系统多余力矩抑制方法

针对飞机舵机电动加载系统存在多余力矩干扰的问题,提出了以改进型基于信度分配的小脑模型关节控制器为前馈控制,以增量式比例积分微分(proportion integral derivative,PID)为反馈控制的复合控制策略。在前馈控制器中,结合变刚度金属——橡胶缓冲弹簧、力矩测速反馈及梯度加载法,采用基于Sigmoid函数变平衡学习常数的权值调整算法,设计三维参考输入型神经网络结构。在反馈控制器中,采用增量式PID控制解决积分项溢出问题,同时为神经网络提供训练学习样本,最后通过理论分析证明改进算法的收敛特性及闭环系统的稳定性。仿真结果表明,该方法提高了系统的加载精度及在线实时控制能力,在一定程度上抑制了多余力矩干扰。     

坦克炮控系统非线性补偿控制研究

针对坦克炮控系统中同时存在齿圈间隙、摩擦力矩和参数漂移等多种非线性因素,造成系统驱动延时,换向振荡和低速"爬行"等问题,从分析系统的各种非线性特性及其影响入手,建立了包含多种非线性在内的炮控系统数学模型.在此基础上,借助"系统总扰动"的思想,引入自抗扰控制技术,采用"跨阶控制"方案,实现了系统的非线性补偿控制.仿真表明,所设计的控制器能够同时有效地抑制了各种非线性因素的影响,很好的改善了系统性能.     

消除增长上限制约的管理对策生成法——-以银河杜仲区域规模养种生态能源系统发展为例

社会经济复杂系统中存在大量增长上限问题,刻画此问题的增长上限基模是由正反馈环、 负反馈环和延迟构成,其中负反馈环存在抑制系统不断发展的制约作用. 针对负反馈环产生制约作用的根本原因是存在起制约作用的负因果链, 首先基于对负因果链所属负反馈环中极大开环的结构特征分析, 遵循极大开环中输入变量改变量小于零的原则生成初始对策集, 接着根据复杂系统发展的多目标筛选得到目标筛选初始对策集, 再根据对策的实际实施条件筛选获得可操作的管理对策集, 然后仿真验证双筛选得到的管理对策的有效性.以银河杜仲区域规模养种生态能源系统发展为例, 基于2008-2010年的历史数据和其他实际信息,建立含七个核心变量的增长上限基模,利用此方法生成三条可操作性的管理对策. 以核心变量为基础,建立六棵流率基本入树,建立仿真模型.然后,定量仿真分析了消除增长上限制约的管理对策生成法的实施效应, 实现了从定性至定量综合有效分析,为实际系统发展提供决策依据,验证了此消除增长上限制约管理对策生成法的有效性.     

行器舵机电动伺服加载系统研究

针对现阶段工程实践的需求,对飞行器舵机电动伺服加载系统进行了理论上的分析和研究,建立了电动伺服加载系统的数学模型,对影响其动态控制系统性能指标的多余力矩进行了分析,引入了速度和加速度补偿以减小多余力矩、提高加载系统性能。进行了相关的数字仿真,最后给出了可行性分析。     

一类不确定执行器非线性系统的自适应控制

针对一类带不确定执行器非线性的控制系统,提出了一种自适应神经网络控制方法。建立了包括死区、齿隙和“类齿隙”磁滞特征的非线性执行器模型。通过结合所建立的模型和Nussbaum增益技术,解决了当执行器非线性不确定时的控制问题。所设计的方案不需知道非线性特征参数边界,并且当非线性特征为死区时,其坡度可以为时变的。引入了自适应补偿项消除建模误差和干扰的影响。仿真结果验证了该方法的有效性。     

考虑齿隙的多约束导引控制一体化设计方法

在舰炮制导炮弹进行远程对岸火力支援的末段,考虑舵机齿隙、限定攻击角以及测量视线角速率受限,提出了 一种基于动态面滑模与扩张状态观测器的多约束导引控制一体化设计方法.构建了制导炮弹的导引控制一体化的严反馈串级模型,将舵机视为更符合实际的含齿隙双惯量子系统.针对视线角速率和风等未知干扰,设计扩张状态观测器对其实施迅速而准确...     

永磁交流位置伺服系统串级复合滑模控制

针对某永磁同步电动机位置伺服系统负载力矩和转动惯量变化大、干扰力矩强的特点,以及统一滑模变结构控制速度限幅的难题,提出并设计了串级复合滑模变结构控制器.其中速度环通过增加积分环节来消除滑模控制的力矩抖动,位置环通过复合滑模控制的设计来消除稳态滑模控制的抖振.计算机仿真结果表明,该控制器不仅响应速度快、无超调、控制精度高,同时对负载扰动和系统参数摄动具有较强的鲁棒性.     

提高零传动滚齿机系统刚度的研究

高速、高精度零传动滚齿机的刀具轴和工件轴直接与电机轴连接,从而避免了齿轮组的回转误差和齿侧间隙等对回转精度和动刚性的影响。但是刀具轴或工件轴的等效转动惯量极小,使得负载转矩波动引起的回转振动很大。在伺服机构中设计一种可调式惯性阻尼器,直接附加在电机转轴上,惯性阻尼器的阻尼系数可以通过惯性轮和电机轴之间的间隙来调整。建立了附加惯性阻尼器的伺服系统的数学模型,并且通过理论分析和系统仿真,验证了可调式惯性阻尼器对于零传动滚齿机系统刚度提高的有效性。     

动量轮控制弹头姿态控制系统设计

提出了一种以动量轮为执行机构的具有中性静稳定气动布局的再入弹头姿态控制新方案。基于动量矩交换原理和中性静稳定概念分析了新方案的可行性,并推导了具有这种新型执行机构的弹头的姿态动力学方程。利用反馈线性化方法,将姿态动力学方程线性化并解耦成俯仰、偏航和滚转三个方向上的单输入单输出系统,然后运用滑模变构控制理论设计各通道的控制器。对姿态控制系统的数值仿真结果表明,所设设计的控制器能实现高精度的姿态机动和姿态稳定,现有动量轮技术指标即可满足滚动通道的姿态稳定。     

基于扰动观测器的伺服控制器设计及仿真研究

利用扰动观测器减弱系统的量测噪声和外部扰动,利用抗漂移的状态反馈控制器来减弱驱动饱和的影响,将这两种策略综合用于伺服控制器的设计并重点对这种方案进行了仿真对比研究。仿真结果表明基于扰动观测器的伺服系统在扰动及量测噪声不大,且系统模型参数变化不大的情况下具有较高的动态性能及较高的跟踪精度并能克服饱和约束的不良影响。     

基于LPV的超空泡航行体H∞抗饱和控制

针对超空泡航行体在运动过程中面临的执行器饱和问题,提出一种基于线性变参数(linear parameter varing ,LPV)的抗饱和控制方法。首先在航行体动力学模型基础上考虑执行器饱和非线性因素,将滑行力和执行器分别建模为时变参数的仿射函数,最终得到系统矩阵仿射依赖于时变参数的LPV模型,同时,该模型也考虑了噪声干扰条件下控制器的鲁棒性。基于该LPV模型,运用多面体理论和Lyapunov方法设计了不依赖于时变参数的静态状态反馈控制器。仿真结果表明,所设计的控制器可以保证航行体在执行器发生饱和时仍能渐近跟踪给定深度指令,且在零初始条件下具有对噪声的H∞抑制性能。     

直升机伺服控制系统建模与仿真

建立某直升机飞控系统俯仰串联舵机伺服系统的模型并进行仿真,重点研究了不同状态下该串联舵机伺服系统的动态行为及双通道间的均衡控制.研究结果已应用于某型直升机设计中,该仿真模型也可作为伺服回路的监控模型用于进行飞行中自检测,具有极高的工程应用价值.     

两回路自动驾驶仪设计与分析

分析了参数变化引起的弹体模型和静稳定性的改变,以及降低静稳定性对导弹机动性能的改善。研究了把工程指标转化为期望的闭环系统极点的方法,以及与全状态反馈等价的从状态反馈到输出反馈的变换技术,给出了基于极点配置和输出反馈的一般性的两回路自动驾驶仪设计方法。结果表明,两回路驾驶仪可以稳定静不稳定的弹体,而执行机构的有限的资源是限制驾驶仪控制作用的关键因素之一,引入加速度计到弹体质心距离这一参数后可以在一定程度上改善系统的稳定性。     

Predictive control for mechanical system with backlash based on hybrid model

The mechanical system with backlash is distinguished between a “backlash mode” and a “contact mode”. The inherent switching between the two operating modes makes the system a prime example of hybrid system. For eliminating the bad effect of backlash, a piecewise affine (PWA) model of the mechanical servo system with backlash is built. The optimal control of constrained PWA system is obtained by taking advantage of model predictive control (MPC) method, and the explicit solution of MPC in a look-up table form is figured out by combining the dynamic programming and multi-parametric quadratic programming, thereby establishing an explicit hybrid model predictive controller. Furthermore, a piecewise quadratic (PWQ) function for guaranteeing the stability of closed-loop control is found by formulating the search of PWQ function as a semi-definite programming problem. In the tracking experiments, it is demonstrated that the explicit hybrid model predictive controller has a good traction control effect on the mechanical system with backlash. The error meets the demands of real system. Further, compared to the direct on-line computation, the computation burden is reduced by the explicit solution, thereby being suitable for real-time control of system with short sampling time.