基于Preisach逆模型的压电陶瓷执行器迟滞补偿控制

为解决迟滞非线性对压电陶瓷执行器的影响,提出了基于Preisach逆补偿的闭环控制策略,利用考虑了擦除特性的分类排序方法实现了迟滞的Preisach逆模型,通过Preisach逆模型串联补偿降低迟滞作用的影响,并在逆模型前串联PI控制器,通过闭环控制抑制未能完全补偿的迟滞非线性,进而提高系统的控制精度,平均绝对误差下降到0.025μm.实验表明,基于Preisach逆补偿的迟滞补偿控制策略具有良好的控制性能.     

基于改进灰色模型的MEMS陀螺仪零偏温度补偿

微机电系统(micro-electro mechanical system,MEMS)陀螺仪的零点漂移是影响陀螺仪测量精度的主要因素.针对MEMS陀螺仪零点漂移随温度变化的非线性问题,以MEMS惯性传感器为试验对象,采用小波变换对MEMS陀螺静态实验零偏数据进行滤波,结合改进灰色预测模型估计零偏随温度变化趋势,获得基于小波变换和改进灰色预测的温度补偿模型.与常规补偿模型算法比较表明,基于小波变换和改进灰色预测的温度补偿模型均方根误差和平均绝对误差更小,MEMS陀螺仪零点漂移的均方根误差和平均绝对误差分别减少到0.025 0和0.018 0,验证了该补偿模型的可行性,对提高陀螺测量精度具有较好的理论意义和工程应用价值.     

实时混合试验鲁棒时滞补偿方法的数值研究

为解决实时混合试验系统中时变时滞严重影响试验稳定性和精度的问题,以基于混合灵敏度的H∞鲁棒控制方法设计反馈控制器,使试验系统具有稳定的动态特性;以多项式外插进一步消除时滞,并将其应用于线性Benchmark问题.为充分探讨所提方法性能,采用线性和非线性加载系统模型,开展了物理子结构为线性和非线性的虚拟实时混合试验研究.结果显示:作动器的实测位移均与期望位移几乎完全重合;与已有方法的对比显示,采用鲁棒时滞补偿的实时混合试验具有更小的误差;而对非线性物理子结构,试验系统的均方根误差和峰值误差均在0.6％～1.5％之间,且均方根误差大于10％和峰值误差大于6％的概率远小于0.05.研究结果表明,鲁棒时滞补偿方法可大幅提高实时混合试验的模拟精度,并具有较强的鲁棒性.     

GPS/INS延时估计与基于残差重构的延时补偿算法

传感器采样延时是多传感器信息融合过程中面临的一个重要问题,全球定位系统/惯性导航系统(GPS/INS)的组合导航系统是智能汽车常用定位方式,但常面对GPS采样延时的问题,因而会造成对INS误差状态的错误估计,影响定位定速的精度.本文针对该问题,在传统的GPS/INS松耦合组合导航模型的基础上提出一种延时估计和补偿的算法.首先建立延时估计模型,估计时间同步误差,然后构建残差传播方程,利用残差重构的方式进行延时补偿,实现基于软件的时间同步.根据试验中对速度、位置误差及均方根误差的分析,改进的滤波算法有效地降低了GPS采样延时引入的误差,提高了定位和定速的精度.     

柔性可穿戴的腕关节运动角度传感器

为解决难以在柔性康复机器人上安装角度传感器的问题,设计了一种柔性可穿戴的腕关节掌屈运动角度传感器。基于光纤宏弯损耗原理,将光纤嵌入硅橡胶,构成柔性传感模块。硅胶模块与织物结合,组成测量腕关节掌屈运动的角度传感器。该传感器具有对温度不敏感,不受电磁干扰,成本低,不干扰柔性驱动器工作等优点。设计并制造该传感器,试验验证结果表明,硅胶模块在重复拉伸收缩运动时的重复性误差为1.42%、迟滞为1.39%、标定误差为0.53%。与传统的用量角器测量关节运动角度的方法比较,该传感器的测量误差更低,能够实现实时角度监测,与驱动器组成闭环控制,具有实际的应用价值。     

基于反馈调节器的应变式位移传感器非线性校正

因受自身材质、工艺等条件的限制以及温度等外界环境影响,应变式位移传感器的输入-输出特性存在非线性误差.采用最小二乘法建立传感器正模型、逆模型及传统方法补偿后的传感器输出误差模型.在此基础上根据反馈控制理论引入反馈调节器,利用传感器正模型与输出误差模型对系统非线性特性做进一步补偿,实现对传统非线性校正方法的改进.同时,通过调节反馈系数改变反馈调节器的作用强度,可抑制系统零点漂移.研究结果表明,经含有反馈调节器的非线性校正环节作用后,系统的非线性特性及零点漂移得以改善     

基于神经网络的迟滞非线性逆模型

为了补偿迟滞特性对系统的不良影响,提高迟滞非线性系统的控制精度,建立了神经网络迟滞非线性逆模型.由于神经网络不能够直接逼近迟滞逆这种具有记忆性的多映射现象,通过引入一个迟滞逆算子,将多映射的迟滞逆转换成一一映射,然后运用神经网络来逼近这个一一映射从而建立一个基于神经网络的迟滞逆模型.该模型的主要优点是结构简单、精度高,可以在线调整神经网络的权值以适应不同工作条件下的迟滞逆辨识.最后,运用该方法对压电执行器中的迟滞非线性建立了逆模型.     

基于并联逆的超声波液位传感器故障误差补偿方法

针对过程控制系统(PCS)液位控制单元中超声波液位传感器故障引起的非线性误差,基于神经网络建模方法设计了一种并联逆补偿环节,有效地补偿了故障误差对系统的影响.通过实验分别获得故障传感器与正常传感器测得的液位值,并进行相应的预处理;基于上述离线数据,分别利用LM-BP、径向基函数(RBF)神经网络的非线性逼近特性,设计逆映射中的并联补偿环节;为验证传感器故障误差的补偿效果,基于OPC技术与Matlab搭建了PCS半实体实验平台,将设计的并联补偿环节置于搭建的PCS液位控制单元中进行闭环实验.结果表明,所建方法能有效补偿传感器故障产生的非线性误差,抑制了故障影响在系统中的传播,实体实验也显现了方法的工程可用性.     

综合卡尔曼滤波的多传感器协同室外定位研究

为了拓展移动机器人应用场景、满足室外定位的高精度需求,提出一种基于综合卡尔曼滤波的协同室外定位算法,可解决室外复杂环境下独立传感器失灵、机器人实时定位漂移的问题.首先构建GPS和超宽频非线性定位系统模型,测试不同滤波算法对该模型的预测效果,分析对比解算速度和均方根误差,从而确定适合定位系统的最优算法;然后针对GPS信号受环境遮挡导致丢失或失准的情况,构建超宽频和惯性测量单元非线性定位补偿系统,利用基于误差的卡尔曼滤波算法预测机器人位置姿态;通过融合两种非线性系统下估计得到的不同状态向量,确定机器人室外真实位置姿态,进一步提高机器人室外定位精度,保证定位系统的稳定性.试验验证表明,本文算法室外定位误差小于10 cm,在GPS信号微弱的环境下能实时估计目标位置姿态,大幅度降低障碍物干扰的影响,准确预测机器人位置.     

非线性动态传感器系统 Hammerstein神经网络补偿法

针对传感器动态特性中存在非线性的问题,提出一种基于Hammerstein传感器模型的非线性动态神经网络补偿法。先将补偿模型分解为与Hammerstein模型对应的线性动态与非线性静态2个环节;再设计一种新型的神经网络结构,使网络权系数对应于相应的Hammerstein补偿模型参数,并推导反向传播的网络权系数调整方法;最后通过网络迭代训练,求得补偿模型的线性动态与非线性静态两个环节。仿真与实际实验结果均表明该传感器非线性动态补偿方法使传感器具有理想的输入输出特性。     

电容式车辆称重装置静态性能测试与分析

针对目前车辆称重方法的不足,开发了基于电容传感器的车载式车辆称重装置。文章从结构设计、测量原理对称重装置作了介绍,重点讨论了其静态特性测试过程,提供了相应的试验数据,根据试验数据,从非线性、重复性、迟滞性等方面进行了误差分析,给出了迟滞补偿办法,显示了该电容称重装置的突出优点;电容式车辆称重装置具有一定的实用价值。     

自适应非线性FIR主动噪声控制

针对非线性主动噪声控制系统的非高斯噪声问题,利用Hammerstein/Wiener模型思想简化Volterra滤波器,提出基于函数映射的非线性FIR主动噪声控制器.给出基于二阶Renyi误差熵和均方误差加权和的广义滤波-X梯度下降算法,实现自适应非线性主动噪声控制,并分析了控制算法的收敛性.该方法综合了信息熵和均方误差对误差信息的优势,结构简单且学习参数少.仿真结果表明了该方法的有效性.     

聚磁式光学电流互感器饱和特征的记忆效应补偿研究

为补偿聚磁式光学电流互感器(OCT)的磁滞与磁饱和特性对测量线性度和精度的影响,提出具有记忆效应的非线性滤波器补偿模型.该模型将传统FIR滤波器系数用多项式表达的函数代替,使其同时具有非线性拟合和记忆输出能力.利用实测数据训练使非线性滤波器补偿模型输出与磁滞、磁饱和特性输出成反函数关系,将训练好的模型添加到聚磁式OCT中,实现对聚磁铁芯的非线性和记忆效应补偿.实验结果表明,基于非线性记忆效应补偿的聚磁式OCT在铁芯低饱和状态下仍具有较高的测量精度,采样样本的线性测量区间延伸了4.76倍,均方根误差提高约15 dB,有效地补偿了聚磁式OCT应用中聚磁铁芯的磁滞和磁饱和效应.     

基于Preisach逆模型的迟滞非线性系统自适应滑模控制

针对压电陶瓷的迟滞特性严重影响了精确定位或跟踪系统的精度,提出了基于Preisach逆模型的前馈补偿滑模自适应控制。为了避免逆模型的精度受原迟滞模型精度的影响,采用逆模型前馈补偿方法。逆模型前馈补偿不依赖于原模型的精度,同时可获得补偿电压,从而减弱迟滞特性;应用了自适应滑模控制方法,减小跟踪误差,并利用Lyapunov稳定性理论证明了所设计的控制器可保证系统全局渐进稳定。最后在Matlab环境中进行仿真。仿真结果表明,系统能够很好地跟踪期望输出,减小跟踪误差,验证了控制方案的有效性。     

多输出支持向量机混合模型在机车调簧中的应用

机车二系弹簧加垫高度对二系载荷分布有着显著影响.考虑到车体和弹簧有着不容忽略的非线性特性,提出在机理模型基础上引入多输出支持向量回归机作为补偿算子,构建二系弹簧载荷调整的混合模型用于指导调簧.为提高补偿精度,用遗传算法对补偿算子的参数进行全局优化搜索,得到一组最优参数;同时引入均匀设计试验法采集样本数据,减少采样时间.用HX_D1D型大功率机车的实车数据进行试验,本研究提出的混合模型较BP网络混合模型、机理模型具有更小的均方根误差.试验结果表明:本研究提出的混合模型预测的二系载荷与实际载荷间的均方根误差较机理模型减小33.53%,较BP网络混合模型减小23.69%,可进一步提高调簧模型精度,同时计算用时也较BP网络混合模型大为减少.     

压电悬臂板的非线性振动控制

针对柔性悬臂板结构弯曲和扭转模态振动的测量、控制问题,采用压电传感器和驱动器进行优化配置及非线性振动控制.首先,建立了粘贴分布式压电片的悬臂板有限元模型;其次,基于所建立的模型和一种能量耗散方法进行了压电驱动器/传感器的位置配置,实现了弯曲和扭转模态振动在检测及驱动上的解耦;最后,提出一种非线性控制算法,建立了压电悬臂板实验平台,通过实验进行弯曲和扭转模态振动控制的比较研究.结果表明,该非线性控制算法可以更快速地抑制振动,传感器/驱动器配置可以实现弯曲和扭转模态振动的测量及控制解耦.     

基于CAV444的电容式油位传感器的设计与优化

在传统电容传感器液位测量的基础上,采用了一种基于CAV444电容-电压转换芯片的液位测量方式,在此基础上提出并验证了一种新的误差补偿方案。综述了电容传感器的工作原理,设计了电容传感器的液位测量电路。误差补偿传感器将高度补偿值转换成相应电容信号再与油位电容信号一起输入到转换电路转换成电压信号输出。实验测试证明,该测量系统性能可靠稳定,最大非线性误差1.14%,测量线性度好;误差补偿后引用误差为1.17%,测量准确度高,应用前景广泛,能够满足大多数工业现场液位测量的需求。     

乙基纤维素电纺纤维调控PDMS/CNT柔性复合材料性能的研究

研究了乙基纤维素(EC)电纺纤维调控PDMS/CNT柔性复合材料的力学和电学性能.结果表明,引入电纺EC纤维后,PDMS/CNT柔性复合材料的拉伸强度从1.73 MPa提高至3.97 MPa,断裂应变由86.56%提高到115.00%,韧性由0.61 MJ·m^-3提高到1.58 MJ·m^-3;有缺口PDMS/CNT柔性复合材料的拉伸强度从0.34 MPa提高至1.57 MPa,断裂应变由18.85%提高到27.54%,韧性由0.04 MJ·m^-3提高到0.27 MJ·m^-3;导电电阻由550 kΩ下降至228 kΩ,导电性上升.基于EC电纺纤维调控的PDMS/CNT复合材料组装的应力传感器灵敏度和循环稳定性获得了有效提升,引入1 wt%EC电纺纤维后,柔性应力传感器的灵敏度从0.341 kPa^-1提高至4.922 kPa^-1,提升了14倍,引入电纺EC纤维后的传感器循环电阻变化率曲线变得相对更加规整,异常波动更小.     

基于粒子群优化算法-支持向量回归算法的氨氮传感器温度补偿

针对野外低温环境下,基于铵离子选择性电极的氨氮传感器检测失准问题,通过分析传感器检测原理,在0～30℃进行了水质标样氨氮检测对比实验,探究了温度变化对氨氮传感器输出结果的影响;将粒子群优化算法(particle swarm optimization, PSO)与支持向量回归(support vector regression, SVR)结合,建立了氨氮检测的PSO-SVR温度补偿模型,并与最小二乘多项式回归、传统SVR建立的温度补偿模型对比,PSO-SVR温度补偿模型具有较高的决定系数和较小均方根误差(root mean square error, RMSE)。在实际水样检测实验中,经过该模型补偿后氨氮传感器的输出值与实验室内根据《水质氨氮测定》(HJ 535—2009)测得的氨氮标准值之间最高偏差为4.76%,最低偏差为0.64%,偏差范围符合预期补偿目标,表明模型具有较高的温度补偿精度,对非训练数据具有良好的泛化能力,能够满足实际使用的精度要求。     

发光二极管辐射模型的快速建立与验证

基于Source Property Generator软件,根据配光曲线图快速获得相应的光源数据,提出运用非线性回归分析阻尼最小二乘(L-M)法,由模拟公式得到的光源数据与由配光曲线(或测量)获得的光源数据之间的误差,以寻求模拟公式参数的变化步长;然后,由误差均方根与归一化互相关两个判断标准来重建辐射模型的精确性.结果显示:误差均方根低于1%,归一化互相关接近100%.该方法只需提供光源的配光曲线图即可以获得相应的光强分布函数和辐射模型,如果前面的函数设置没有出现错误,一般只要一次就能通过验证;而且只要改变某些要求参数,即可便捷地设计出一系列同类型透镜的辐射模型函数.