泥水平衡盾构开挖面平衡控制系统仿真设计研究

在分析工作原理的基础上,建立了泥水平衡盾构开挖面平衡控制系统的数学模型,为该系统中的气泡舱气压力调节回路和泥水液位调节回路设计了不同的控制器,分别在气泡舱气压力单回路调节模式和气、液双回路调节模式下就所设计的不同控制器的控制效果进行了仿真对比,得出了不同干扰对系统的影响情况,针对影响较大的干扰,提出了相应的控制对策,给出了根据不同的实际应用要求和场合所应选择的最佳控制方式和自动切换方法,由此设计出该系统的数字化统一控制模型.     

大型泥水平衡盾构气泡舱初始参数的设计

首次从吸收脉动压力的角度,建立了大型泥水平衡盾构气泡舱的气压弹簧数学模型,并在此模型的基础上对该气泡舱进行了动态分析,其中详细分析并确定了对泥水平衡盾构开挖面平衡控制起关键作用的气泡舱的初始泥水液位、压缩空气的初始体积、初始压力等初始参数的确定原则、计算公式以及最佳取值范围,为此类盾构的泥水气压平衡控制系统的设计提供了理论依据,最终得出的"气泡舱的初始泥水液位应维持在盾构中心轴线处"的结论与实际施工结果相一致.     

越野特种运载平台自平衡任务舱设计及其控制策略研究

针对某越野特种运载平台大幅度侧倾及俯仰运动下机动性提升问题,提出了一种基于双轴陀螺原理的自平衡任务舱系统结构设计方案以及基于该结构的控制方法。首先,采用Creo软件完成自平衡任务舱系统的结构建模,结合路面模型及行驶系统在ADAMS/View中搭建运动模型,将任务舱三维模型分解映射为体现侧倾和俯仰动力学的2个平面,形成侧倾和俯仰动力学数学模型,设计实时修正任务舱姿态的自平衡控制策略;其次,综合考虑不同类型路面对任务舱姿态的影响,设计基于载荷转移率的控制阈值算法,明确自平衡控制算法的工作区间;最后,在MATLAB/Simulink环境中搭建Simulink-ADAMS自平衡控制联合仿真模型,进行多种工况的虚拟试验来验证控制系统的有效性。结果表明,自平衡控制系统能够有效、实时地修正任务舱的侧倾角和俯仰角,降低越野特种运载平台侧倾及俯仰运动对于驾驶人员的影响程度。采用自平衡任务舱系统,突破了悬架的系统性能限制,提高了越野特种运载平台对恶劣越野路面的适应能力,为自平衡控制算法的仿真验证提供了模型基础。     

热连轧AGC系统的串级预测控制

在监控自动厚度控制(AGC)系统基础上,增加一个压力AGC副回路控制.基于Smith预估模型,采用串级控制方式以综合使用监控AGC与压力AGC.副回路采用PID调节方式,主回路基于广义预测控制(GPC)算法求解控制器.由于增加了副回路控制,对进入副回路的干扰有超前抑制作用,因而减少干扰对主变量的影响,提高了抗干扰能力,从而改善了过程的动态特性.仿真结果表明该方法是可行性的,具有较好的控制性能.     

串级不稳定时滞过程的改进内模控制方法

针对串级不稳定时滞过程提出了一种改进的内模控制方法。该方法副回路采用内模控制结构,快速消除副回路干扰对系统的影响;主回路采用基于内模的二自由度控制结构,避免了系统设定值跟随特性和干扰抑制特性折中问题,通过设计PID控制器串联一个超前滞后补偿器来加强干扰抑制特性,利用设定值滤波器来改善系统的设定值跟随特性。仿真结果表明,该方法可使系统同时具有较好的动态响应、干扰抑制特性以及鲁棒性。     

两轮自平衡车的自适应模糊滑模控制

针对两轮自平衡车的平衡控制问题,文章提出一种自适应模糊滑模控制方法。将整个平衡控制系统分为摆角子系统和位移子系统;利用分层滑模控制策略推导出系统总的控制律;针对控制律中存在的系统不确定部分,利用模糊逻辑的万能逼近功能进行估计,并基于Lyapunov方法设计相应的自适应律;考虑到线性滑模面斜率对于系统性能的影响,采用模糊控制方法对其进行调节,进一步改善了控制系统的品质。仿真结果验证了该控制方法的有效性,而且优化后的控制器具有较好的控制效果和鲁棒性。     

串级不稳定时滞过程的二自由度Smith预估控制

针对串级不稳定时滞过程提出了一种改进的二自由度Smith预估控制方法.该方法在副回路采用了内模PID控制,快速消除了副回路干扰对系统性能的影响.主回路采用了二自由度Smith预估控制方法,首先使用了PD控制器将不稳定时滞过程转换为稳定时滞过程,然后在设定值跟随控制回路中引入了通过Bode理想传递函数设计的分数阶控制器,...     

并联式串级时滞过程的二自由度Smith预估控制

针对时滞过程提出一种改进的并联式串级控制结构,副回路采用改进的内反馈控制结构;能够有效的去除副控制器对主回路的影响,从而简化了主控制器的设计。主回路采用改进二自由度Smith预估控制,使主回路的跟踪特性和干扰抑制特性实现解耦;通过对控制器进行设计,能有效地抑制被控过程参数变化和干扰对系统性能的影响,同时保证系统具有良好的鲁棒性。这种新型并联式串级控制方法克服了常规并联式串级控制系统的不足,而且控制算法简单,便于实际系统应用。理论分析和仿真结果表明了这种方法的有效性。     

基于ADRC的无人机纵向通道控制

根据自抗扰控制器不依赖对象的精确数学模型以及能够对系统模型内扰和外界干扰进行补偿的特点,提出了在无人机纵向通道中引入自抗扰控制器的方法。设计的自抗控制器在不同的飞行状态下,不需要改变控制器参数,就能实现对俯仰指令的精确跟踪控制,以及速度回路与俯仰角回路的解耦控制。仿真结果表明,系统具有良好的动态响应和鲁棒性。     

砂土-灰岩地层泥水平衡盾构机泥水舱压力及总推力计算模型

泥水平衡盾构机在上软下硬的砂土-灰岩复合地层中掘进,掘进参数的确定难度较大。在均一地层中,砂土地层中掘进参数的计算包括泥水舱压力和总推力,灰岩层中由于岩体自稳性好,因此只需考虑总推力即可。基于太沙基松弛土压力理论推导均一地层中泥水舱压力和总推力的计算模型,以均一地层的计算模型为基础推导出砂土-灰岩复合地层泥水平衡盾构机泥水舱压力及总推力的计算模型,并结合实际工程验证了模型的正确性。研究成果可为盾构机在复合地层的施工参数确定提供新思路,并为后续类似工程提供参考。     

动力调谐陀螺仪再平衡回路的多变量频域设计

在多变量频域内讨论动力调谐陀螺仪的解耦问题，基于多变量系统的特征分解和特征轨迹－交互控制器设计方法，设计了动力调谐陀螺仪再平衡输入补偿器，实现了动力调谐陀螺仪的近似解耦控制，解决了传统的对角解耦设计因零极点相消导致系统在章动频率点不可控的问题，为动力调谐螺仪再平衡回路的设计提供了一种新方法。     

两轮自平衡机器人运动平衡控制研究

对两轮自平衡机器人的运动平衡控制进行研究。通过搭建两轮自平衡机器人实验平台,采用Newton-uler法建立动力学模型以及针对机器人的运动控制、平衡控制和伺服控制设计相应的PID控制器。物理实验表明,机器人在外界冲击干扰和阶跃干扰的作用下,能够维持自身平衡同时可以执行相应的运动控制命令。结果表明,提出的两轮自平衡机器人运动平衡控制的方法是合理有效的。     

磁悬浮系统平衡法控制器设计

采用平衡法的控制思想,提出了磁悬浮平衡控制器的设计方案,令磁悬浮系统在其可控范围内始终在近似平衡状态的基础上进行调节,使系统获得了大范围起动能力、较强的起动平滑性和可靠性,以及较强的柔韧性和抗干扰能力,得到了理想的控制效果.     

小型无人直升机的双时标鲁棒控制系统设计

针对小型无人直升机,提出一种双时标鲁棒飞行控制器的设计方法.首先根据小型无人直升机模型的特点和时标分离思想,将快速变化的姿态控制回路作为控制系统内环,慢速变化的平移控制回路作为控制系统外环,分别采用基于四元数描述的方法和基于反步法的鲁棒控制完成控制器设计.然后运用Lyapunov方法对所设计的闭环控制系统进行稳定性分析,证明这种双时标飞行控制系统在没有干扰时可以实现跟踪误差的指数收敛.最后对该控制器进行仿真验证,结果表明,在阵风干扰下这种控制器仍然能够保证小型无人直升机实现良好的位置跟踪控制.     

基于LMI的两轮自平衡机器人控制器设计

针对两轮自平衡机器人系统,提出基于线性矩阵不等式的控制器设计方法。首先,采用状态空间模型对两轮自平衡机器人系统进行描述。然后,通过线性矩阵不等式进行控制器的设计,并通过Lyapunov函数证明该方法的有效性,分析了基于观测器的控制器存在条件。最后,通过仿真进一步验证了该控制方法的有效性。     

基于飞思卡尔平衡车系统的设计

飞思卡尔平衡车系统是非线性时变系统,使用传统的PID控制很难达到预期的控制效果,容易受运行环境的干扰,加上干扰的随机性,给平衡车系统的稳定控制增加了难度。另外,硬件结构的合理性和元器件的精度、刚性、惯量及人体的静电都可能会影响系统的稳定性。本文在搭建平衡车硬件结构的基础上,设计了一种改进的PID算法,使平衡车的控制效果得到了改善。     

超大直径泥水平衡盾构地表沉降控制关键技术

分析泥水平衡盾构施工引起地表沉降的机理,结合超大直径泥水平衡盾构施工实例,从切口压力、泥水指标控制及同步注浆管理等方面探讨超大直径泥水平衡盾构施工地表沉降的控制技术.结果表明:切口压力的设定对正面土体沉降量影响较大,在施工过程中应密切关注切口位置的地表沉降量并及时调整压力.对于超大直径泥水平衡盾构,单次压力调整不宜过大,切口压力波动不宜超过±2 kPa;采用双控同步注浆模式,以砂与粉煤灰为主要原材料的单液浆施工技术可以有效减小地表后期的沉降.     

独轮自平衡电动车的建模与运动平衡控制

为了设计新型、环保、便捷的智能代步工具,搭建了一款独轮自平衡电动车物理系统。利用拉格朗日方法建立了人车一体的动力学模型,并对系统进行了特性分析。设计了独轮车系统的比例微分(proportional-differential,PD)平衡控制器,并对独轮车系统分别进行了自平衡、冲击干扰和阶跃干扰实验。实验结果表明,独轮自平衡电动车系统具有较好的鲁棒性和操控性,证明设计方案的合理性和有效性。     

基于自抗扰的高超再入飞行器轨迹线性化控制技术

在高超再入飞行器运动模型的基础上,全面分析了全弹道3通道间的运动学耦合、惯性耦合、气动耦合和控制耦合.针对该强耦合系统的姿态跟踪问题,基于时标分离和奇异摄动原理,分别在姿态环慢回路和快回路设计了基于自抗扰的轨迹线性化控制器.结合控制器的设计过程,从前馈、反馈、干扰观测与补偿等角度全面分析了自抗扰轨迹线性化控制方法的通道解耦机理.仿真结果验证了解耦机理分析的正确性,表明自抗扰轨迹线性化方法具有很好的解耦效果,适合用于强耦合系统的控制器设计.      

浅析泥水加压平衡顶管施工中的泥水控制

泥水加压平衡顶管施工是利用泥水压力来平衡顶进工作面上的水压力和土压力的顶管施工方法。泥水控制是平衡水压力和土压力的前提条件,控制好一定密度范围的泥水,才能使挖掘面保持稳定,以便顺利顶进施工。本文总结了泥水加压平衡顶管施工中泥水控制的几个关键施工管理环节。