控制力矩陀螺高速转子稳定性控制仿真研究

针对航天器姿态控制执行机构磁悬浮控制力矩陀螺的高速大惯量飞轮转子系统的强非线性和由强陀螺效应产生的进动和章动导致系统的失稳问题,提出了模糊控制和传统的PID和交叉解耦控制相结合的方案,对高速转子系统中非线性所导致的问题进行了研究。研究表明,该控制器解决了陀螺效应导致的主动磁轴承-高速大惯量飞轮转子的不稳定性问题,且抑制了噪声对磁轴承稳定性的影响。最后,数值算例证明了该方法的可行性和有效性。     

无轴承永磁薄片电机转子不平衡振动补偿控制

无轴承永磁薄片电机转子质量的不平衡振动严重影响了系统的动态特性及安全运行。介绍了无轴承永磁薄片电机转子悬浮力产生机理,推导了悬浮转子的动力学方程,在电磁转矩和径向悬浮力解耦控制的基础上,对无轴承永磁薄片电机转子进行了振动补偿控制,设计了反馈不平衡补偿控制系统,采用Matlab/Simulink工具箱构建了仿真系统,进行了性能仿真试验。研究结果表明:基于反馈补偿控制器的振动控制策略能够较好的抑制悬浮转子振动,大大提高了转子的旋转精度。     

基于磁悬浮转子微框架能力的航天器姿态二自由度测控一体化控制方法

提出一种基于磁悬浮转子微框架能力的航天器姿态二自由度测控一体化控制方法,在磁悬浮控制力矩陀螺框架不动的条件下,通过实时检测磁轴承控制电流、磁悬浮转子位移求解出航天器的滚动、偏航轴姿态角速度,建立磁悬浮转子控制的航天器姿态动力学方程,利用已测得的姿态角速度,设计姿态解耦控制律,控制磁悬浮转子的旋转主轴在磁间隙范围内以一定角速度偏转,产生所需的径向二自由度输出力矩,调节航天器的滚动、偏航轴姿态,仿真表明,该方法能够实现航天器的二自由度姿态调节,微框架力矩具有高精度的优点,能够完成航天器机动段末端小角度的姿态控制。     

磁悬浮飞轮磁轴承系统变增益H∞控制器设计

针对磁悬浮飞轮转子的陀螺效应问题和转子不平衡质量引起的同频扰动问题,在对磁悬浮飞轮进行了系统分析与建模后,将转速变化引起的陀螺项看作系统的参数变化项,将转子系统看作是线性参变(LPV)转子系统,应用凸优化原理和线性矩阵不等式方法(LMI)设计了变增益H∞控制器.仿真结果表明:由于在控制器设计时考虑了陀螺效应和同频干扰的影响,系统在减少了保守性的基础上具有很好的动静态特性和鲁棒性.     

基于MSCMG金字塔构型的航天器姿态测控一体化控制方法

提出一种基于磁悬浮控制力矩陀螺(magnetically suspended control moment gyroscope,MSCMG)金字塔构型的航天器姿态测控一体化控制方法,利用姿控回路中的执行机构,既进行航天器姿态测量,又进行航天器姿态控制,改变了传统姿控系统由姿态敏感器、控制器、执行机构的组成方式。首先建立磁悬浮转子径向力矩模型,通过实时检测磁悬浮控制力矩陀螺中的磁轴承电流、磁悬浮转子位移、框架角速度,联立金字塔构型中的3个径向力矩模型求解出航天器的姿态角速度,再设计相应的姿态控制律和框架操纵律,实现航天器的姿态调节,仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。     

磁悬浮反作用飞轮中磁轴承的H∞控制与仿真研究

对外转子、大转动惯量、小跨距的磁悬浮反作用飞轮进行了系统分析与建模,设计了基于混合灵敏度函数的H∞控制器,并给出了H∞控制器和PID控制器的S-T特性仿真曲线和阶跃仿真曲线.通过对两种控制器相关项的比较,得出：基于H∞理论的控制器比传统的PID控制器具有更好的动态性能、更强的扰动抑制能力和更好的鲁棒性.     

磁轴承-转子系统的离散模糊自适应滑模控制

针对磁悬浮反作用飞轮工程化的需要,提出了一种磁轴承—转子系统的离散滑模控制方法,用于处理系统中不平衡量和非线性干扰,实现了该系统的高精度鲁棒控制。针对滑模控制方法存在抖振大的问题,采用模糊控制器输出的绝对值作为滑模控制器的增益,实现了增益的自适应调节,大大减弱了抖振。设计了离散非线性跟踪微分器用于合理提取微分,代替实际速度信号实现全状态反馈。仿真结果表明,该控制系统的不平衡量和非线性干扰得到有效抑制,控制电流较小,抖振控制在精度范围之内,位移在短时间内收敛到零,从而转子绕惯性主轴旋转,实现了自动平衡。     

基于阶跃跟踪响应的PID控制器性能评价与调节

对阶跃跟踪扰动下的PID控制器性能评价与调节方法进行了研究。首先给出一种由系统闭环阶跃响应数据辨识过程阶跃响应系数的方法。基于辨识得到的过程阶跃响应系数,给出了求取PID/PI控制系统最佳控制性能(SSE指标意义下)和最佳控制器参数的方法。最后给出了对PID/PI控制器阶跃跟踪性能进行评价和调节的流程。仿真实验验证了方法的有效性。     

高精度磁悬浮反作用飞轮自适应神经网络控制

针对磁悬浮反作用飞轮存在的干扰噪声以及非线性等问题,设计了自适应神经网络机构,实现了对磁悬浮反作用飞轮的稳定控制,并利用其能够逼近复杂的非线性函数和自学习能力等特点,实现了对磁悬浮反作用飞轮系统的噪声抑制作用及非线性补偿。对某磁悬浮飞轮系统的仿真研究表明,该控制机构可有效消除飞轮系统的干扰噪声,抑制控制对象的非线性,提高磁悬浮反作用飞轮的控制精度。     

一类二自由度PID控制的神经元实现研究

给出一种从不完全二自由度PID控制P—I—PD算法派生出的神经元PID控制器的实现方法，利用MATLAB／SIMULINK仿真软件对该控制器在燧道式炉中的应用进行仿真研究。仿真结果表明，神经元P—I—PD控制不但具有二自由度PID控制的优点，而且还具有神经元自适应控制的特点，系统具有较好的跟随性、抗干扰性和较强的鲁棒性。     

磁浮系统多控制器动态解耦特性仿真研究

通过建立带有多个悬浮控制器的高速磁悬浮列车系统模型并对其进行动态响应分析，研究多个串级PID控制器协同工作条件下弹性悬浮架的动态解耦性能是否满足系统稳定要求。建立了复杂悬浮架有限元模型，利用模态综合动力凝聚超单元方法生成较低维数的悬浮架动力学模型。离线设计单个串级PID控制算法并给出了稳定参数选择方法，并由此建立多控制器磁悬浮耦合系统模型。使用四阶龙格一库塔算法对系统模型进行仿真计算，绘制了各个悬浮控制器先后悬浮以及悬浮间隙谐波干扰两种情况下各控制器的悬浮间隙动态响应曲线。结果证明悬浮架具有一定的动态解耦能力，但是只能保证鲁棒性较强的单控制器参数能够直接应用于多控制器协同工况。     

基于联合仿真技术的主动悬架自适应模糊PID控制研究

近年来联合仿真技术在车辆控制系统的开发研究中得到了广泛的应用。以某皮卡车为研究对象,首先利用ADAMS/CAR软件建立车辆多体动力学模型;然后在Matlab/Simulink环境中设计了基于自适应模糊PID控制的ASS,定义了与ADAMS/CAR环境下车辆模型的数据交换接口;最后,将设计的控制系统在ADAMS/CAR和Matlab/Simulink环境下通过输入输出接口进行联合仿真。文中对随机路面输入和脉冲路面输入工况下的ASS系统及整车动态特性进行了联合仿真研究,其研究结果为联合仿真技术在车辆工程中的实际应用提供了参考。     

谐波对磁悬浮转子运动轨迹的影响分析及仿真

与机械轴承支承的控制力矩陀螺相比,磁悬浮控制力矩陀螺具有转速高、寿命长、体积小、重量轻、精度高等优点,因此是大型航天器的理想执行机构。分析了磁轴承支承的陀螺转子在离心力与干扰力的作用下,其中心运动轨迹为圆,但由于谐波(主要为三次谐波)成分的存在,改变了陀螺转子中心运动轨迹(使其运动轨迹变成近似矩形或菱形)、功耗增加、引起高频干扰,并通过磁悬浮控制力矩陀螺的实验进行了验证。对于如何减小系统的功耗、提高磁悬浮转子控制系统的性能提供了理论依据。     

基于模糊PID的直/气复合再入控制方法研究

升力式高超声速再入飞行器气动力、气动热耦合环境复杂,不确定性和干扰较大,一般采用直接力/气动力的复合控制方式。针对飞行环境特点和不同控制机理构成的复合控制模式,提出了一种基于模糊PID的直接力/气动力复合控制方法,该方法通过对气动力控制与直接力控制两个子系统分别设计模糊PID控制器,并设计了一种复合控制方案。最后针对某型升力式高超声速再入飞行器的纵向姿态复合控制进行了仿真验证,仿真中综合考虑了气动参数的误差、测量误差、大气干扰与大气环境的不确定性。仿真结果表明,所设计的模糊PID控制器较传统的PID控制器具有更好的控制性能,更强的鲁棒性和自适应能力。     

基于混沌的白适应模糊PID参数寻优研究

针对自适应模糊PID控制器提出了一种基于混沌变量的优化算法.首先,利用混沌运动的遍历性特性,基于混沌优化方法进行PID控制器设计.在系统稳定的条件下,通过粗调和精确搜索可以找到具有最小参数的最佳控制器.这些参数被用来作为自适应模糊PID控制器的最佳参数.然后,按照自适应模糊控制方法,控制律及其参数可以被确定.仿真实验结果显示,该方法能够达到所要求的指标,其有效性得到了证明.     

基于动态RBF神经网络在线辨识的单神经元PID控制

针对工业控制领域中复杂非线性时变系统,提出了基于动态RBF神经网络辨识的单神经元PID控制方法。采用动态RBF神经网络辨识器在线辨识系统模型,获得PID参数在线调整信息,并由单神经元PID控制器完成控制器参数的在线自整定,实现系统的智能控制。仿真结果表明,与常规RBF神经网络辨识的PID控制方法相比,该方法具有控制精度高、响应速度快的优点,并且具备较强的自适应性和鲁棒性。     

一类热工过程分布参数模型的PID控制仿真研究

分布参数系统普遍存在于热工过程中,PID是普遍采用的控制方法,因此有必要研究分布参数对象的PID控制问题。一般的PID控制器设计方法需要将分布参数模型简化为集总参数模型并降阶,这样就引入了模型误差;基于遗传算法的PID控制器优化设计方法(GAOPT)不受模型限制,可以直接基于分布参数模型进行控制器设计。利用GAOPT方法设计了一类分布参数模型的PID控制器。仿真结果表明,GAOPT方法比常规方法可以获得在超调量、调节时间、ITAE和性能鲁棒性等指标上都较优的控制效果;同时,基于分布参数模型的控制器比基于近似模型的控制器的控制效果有明显改善。     

基于Backstepping的飞行仿真转台自适应摩擦补偿控制

论述了基于backstepping的飞行仿真转台自适应摩擦补偿控制。在实验的基础上,提出了飞行仿真转台的动态模型,其中包括动态LuGre摩擦模型。针对此动态模型推导出包括自适应摩擦补偿的backstepping鲁棒控制器。仿真实验证明:闭环系统的输出可以达到渐进跟踪给定的位置参考信号和速度参考信号,克服了转台在使用传统的PID控制器时,其位置波形存在平顶,速度波形存在畸变的缺点。     

永磁混合悬浮磁铁设计及特性分析

基于磁路电路等效性原理,构建了混合悬浮系统的数学模型,并从承载力、可控性及永磁工作点对混合悬浮磁铁进行了优化设计。对于设计的混合磁铁,进行了刚度问题的分析,推导了刚度与永久磁铁截面积及厚度的关系,并导出在最优间隙反馈系数下混合磁铁结构的最优悬浮刚度。有限元仿真结果表明,适当增加永久磁铁的截面积能提高混合磁铁的承载能力、可控性及悬浮刚度,并使永磁材料工作于最大能积点附近。