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适时四驱系统分动器离合器精确位置控制研究

中国科学：技术科学 2023年第1期53卷 127-138页

作者：黄昌尧刘振宇张志煌李亮王翔宇清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084 中国第一汽车技术集团有限公司长春130013

四驱车辆相比两驱车辆在操纵稳定性及动力性方面具有优势.适时四驱系统因结构简单、成本较低,目前已得到广泛应用.本研究中的适时四驱系统核心部件为基于电控多片式湿式离合器的分动器,其执行器为永磁同步电机驱动的蜗轮蜗杆与螺旋增力... 详细信息

四驱车辆相比两驱车辆在操纵稳定性及动力性方面具有优势.适时四驱系统因结构简单、成本较低,目前已得到广泛应用.本研究中的适时四驱系统核心部件为基于电控多片式湿式离合器的分动器,其执行器为永磁同步电机驱动的蜗轮蜗杆与螺旋增力机构.执行器可以控制离合器压盘位置进而改变传递至前轴的驱动转矩大小,而前轴转矩的调节显著影响操纵稳定性与动力性,因此分动器离合器的精确位置控制具有重要意义.首先,本文建立了永磁同步电机执行器系统与负载的模型,为控制器的设计提供基础.然后,基于模型设计了用于电流跟踪控制和位置跟踪控制的显式模型预测控制器.最后,进行了典型工况位置跟踪仿真和试验.结果表明,所提出的位置控制算法能够达到1%的相对精度,能够满足适时四驱系统实时在线高精度位置控制的需求.

关键词：适时四驱系统分动器离合器位置控制显式模型预测控制

基于液-气转化机制软体机械手的设计与位置控制

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机械工程学报 2022年第18期58卷 205-217页

作者：孙敏洁陈松雨李军锋黄永安武汉理工大学机电工程学院武汉430070 华中科技大学机械科学与工程学院数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074

针对现有软体机械手存在形变模型不准确、操作空间小和位置控制精度低等问题,设计出一种液-气相变驱动三关节软体机械手并进行了相应的形变改进模型分析与运动控制试验。建立一种考虑温度与材料自重因素的硅胶形变非线性力学模型且基于... 详细信息

针对现有软体机械手存在形变模型不准确、操作空间小和位置控制精度低等问题,设计出一种液-气相变驱动三关节软体机械手并进行了相应的形变改进模型分析与运动控制试验。建立一种考虑温度与材料自重因素的硅胶形变非线性力学模型且基于该模型完成了机械手的弯曲性能分析,建立三关节机械手末端操作空间的数学模型。而后基于传统刚性机械手的运动学逆解算法,提出一种基于最小驱动能量函数的运动学逆解方法来确定机械手各关节的弯曲角度。通过最小驱动能量函数并利用神经网络算法策略实现了三关节软体机械手末端轨迹的稳定控制,其相对位置距离偏差小于2.8%。通过充分的试验和理论分析,为液-气相变转化驱动软体机械手的后期实际应用提供了理论支撑。

关键词：软体机械手液-气相变驱动器位置控制

多轴机器人系统输出反馈有限时间同步位置控制

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华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第9期51卷 56-68页

作者：季祥王海红翟天嵩屈保中李鹏西安电子科技大学机电工程学院陕西西安710071 河南工业职业技术学院自动化工程学院河南南阳473000 南阳理工学院智能制造学院河南南阳473004

机器人的位置控制是机器人控制领域最基本、最简单的目标。针对多轴机器人系统的高精度位置控制问题,文中结合交叉耦合技术,提出一种输出反馈非线性PD加重力补偿(PD+)同步位置控制器,应用Lyapunov稳定性理论和几何齐次性技术严格证明了... 详细信息

机器人的位置控制是机器人控制领域最基本、最简单的目标。针对多轴机器人系统的高精度位置控制问题,文中结合交叉耦合技术,提出一种输出反馈非线性PD加重力补偿(PD+)同步位置控制器,应用Lyapunov稳定性理论和几何齐次性技术严格证明了闭环系统的全局有限时间稳定性。相比于渐近稳定的全状态反馈控制,所提出的控制器能实现只基于位置测量的多轴机器人系统输出反馈有限时间稳定位置控制;相比于渐近稳定的输出反馈控制,所提出的控制器能实现系统状态的有限时间稳定;相比于不含同步控制项的输出反馈控制,非线性同步控制项的恰当引入使得所提出的控制器能在保证多轴机器人系统的高精度位置控制的前提下,兼顾各轴间的同步协调运动。所提出的控制器具有结构简单、易于实现、更快响应速度和更好系统整体性能等优点,满足生产实际对机器人系统的高精度要求。数值仿真结果验证了所提出的控制算法的有效性和期望系统性能。所提出的控制方法不仅保证了多轴机器人系统的输出反馈全局有限时间稳定同步控制,同时也为一大类非线性二阶系统的输出反馈同步位置镇定提供了一种有效的替代方法。

关键词：机器人系统输出反馈控制位置控制同步控制全局有限时间稳定性

变负载下机器人液压串联弹性执行器动态位置控制方法

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西安交通大学学报 2022年第4期56卷 91-100页

作者：曹学鹏鲁航朱文锋钱亚伟田富元长安大学工程机械学院机电液一体化研究所西安710064 先进节能驱动技术教育部工程研究中心成都610031

针对变负载下接触环境刚度不确定时液压驱动机器人末端执行器动态性能差的问题,提出了基于时间-误差绝对值积分控制器(ITAE)的液压串联弹性执行器(SEA)动态位置控制方法。首先,根据液压缸的流量连续性方程和活塞与负载的动力学方程,以... 详细信息

针对变负载下接触环境刚度不确定时液压驱动机器人末端执行器动态性能差的问题,提出了基于时间-误差绝对值积分控制器(ITAE)的液压串联弹性执行器(SEA)动态位置控制方法。首先,根据液压缸的流量连续性方程和活塞与负载的动力学方程,以负载与活塞的位移、速度及负载压力差作为状态变量,运用状态空间法建立液压SEA的五阶状态空间模型;然后,考虑系统带宽、阻抗和重载工况对串联弹簧刚度的不同要求,确定出串联弹簧刚度范围,兼顾系统的快速响应性和稳定性,对时间与误差的绝对值乘积积分,构建基于ITAE的控制器;最后,采用ITAE控制器实现变负载下液压SEA动态位置的精确控制。仿真实验结果表明:在纯惯性负载下,ITAE控制器相比基于灰狼优化的PD控制器(GWO-PD控制器),响应速度快12.5%,稳态误差减小93%;在纯惯性-复合负载切换工况下,当串联弹簧刚度变化时,ITAE控制器相比GWO-PD控制器,响应速度快80%,稳态误差减小18%,而GWO-PD控制器在弹簧刚度较小时产生高频振荡,最大振荡为13.83%;当接触环境刚度变化时,ITAE控制器相比GWO-PD控制器,响应速度快81%,稳态误差减小45%。采用ITAE控制,在内、外参数变化时SEA均具有良好控制性能,可满足非结构环境下的应用要求。

关键词：机器人弹性执行器控制器设计变负载位置控制

预测控制模式自切换的永磁同步电机位置控制方法

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电机与控制学报 2022年第10期26卷 66-73,80页

作者：牛峰马建伟胡艳芳张健河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130 河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 常熟开关制造有限公司江苏常熟215500 浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

针对传统单一位置控制模式难以满足高性能位置控制系统要求的问题,提出预测控制模式自切换的永磁同步电机位置控制方法。首先对预测电流控制模式、预测转速控制模式及预测位置控制模式分别进行研究,分析比较3种控制模式的特点,然后根据... 详细信息

针对传统单一位置控制模式难以满足高性能位置控制系统要求的问题,提出预测控制模式自切换的永磁同步电机位置控制方法。首先对预测电流控制模式、预测转速控制模式及预测位置控制模式分别进行研究,分析比较3种控制模式的特点,然后根据电机位置控制运动特点,将位置控制过程划分为4个阶段,并在不同运行阶段采用相应控制模式。对不同运行阶段和控制模式的切换点进行了选取,并提出相应的平滑自切换方法,最终实现预测控制模式自切换的位置控制方法。最后将所提方法与传统位置控制方法进行试验对比,证明了所提方法在动态响应速度和稳态控制性能方面均具有优越性。

关键词：模型预测控制位置控制切换控制平滑切换成本函数权重系数

圆筒型反向式横向磁通直线电机定位力补偿二阶自抗扰控制器位置控制

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电工技术学报 2021年第11期36卷 2365-2373页

作者：董顶峰黄文新卜飞飞黄维康姜文南京埃斯顿自动化股份有限公司南京211106 南京航空航天大学自动化学院南京211106

为减小定位力、摩擦力及负载等扰动对圆筒型反向式横向磁通直线电机(TRTFLM)位置控制性能的影响,提出一种定位力补偿二阶自抗扰控制器(ADRC)。首先,给出该电机的基本结构与运行原理,并对其定位力产生机理、数学模型及谐波分量进行分析;... 详细信息

为减小定位力、摩擦力及负载等扰动对圆筒型反向式横向磁通直线电机(TRTFLM)位置控制性能的影响,提出一种定位力补偿二阶自抗扰控制器(ADRC)。首先,给出该电机的基本结构与运行原理,并对其定位力产生机理、数学模型及谐波分量进行分析;其次,基于该电机的数学模型,将位置环与速度环进行并联设计,构建位置环二阶ADRC,提高了TRTFLM位置控制的抗扰性能及跟踪性能;在此基础上,将定位力模型嵌入至扩张状态观测器(ESO)中,实现对二阶ADRC的优化,进一步提高了位置控制跟踪性能;最后,实验表明该控制方案的可行性和有效性。

关键词：圆筒型反向式横向磁通直线电机定位力自抗扰控制位置控制

粒子群模糊PID与深度补偿的PMSM位置控制策略

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机械科学与技术 2024年

作者：孟宏杰陈峙郑少华王学国李亮亮深圳市科斯腾液压设备有限公司太原科技大学机械工程学院

针对永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor， PMSM）位置伺服系统控制器在系统输入变化时的动态特性下降及抗干扰性差的问题，提出了一种粒子群模糊PID与深度Q网络补偿方法的位置环控制策略。首先利用粒子群优化算法对模糊... 详细信息

针对永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor， PMSM）位置伺服系统控制器在系统输入变化时的动态特性下降及抗干扰性差的问题，提出了一种粒子群模糊PID与深度Q网络补偿方法的位置环控制策略。首先利用粒子群优化算法对模糊PID控制器关键参数进行调整，通过在误差空间中搜索最优控制参数，提升系统在复杂工况下的适应能力。其次，本文采用了深度Q网络深度强化学习算法，引入exp函数设计系统奖励函数，增大奖励信号的差异性，然后在大量经验回放数据训练中进行目标值函数逼近，对模糊PID的输出进行微调和补偿。最后通过仿真及实验验证，本文所提出的控制策略有效提升了位置伺服系统的自适应性、快速响应性及稳态精度，且显著增强了系统在面对负载扰动问题时的鲁棒性能。

关键词：永磁同步电机位置控制粒子群算法模糊PID 深度Q网络

仿生跳跃机器人气动串联弹性关节的位置/刚度控制

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中国机械工程 2021年第12期32卷 1486-1493页

作者：沈双雷静桃张悦文上海大学机电工程与自动化学院上海200444

设计了一种气动人工肌肉驱动的串联弹性关节,基于气动人工肌肉Chou模型,建立了串联弹性关节的动力学模型,推导出关节刚度,获得了关节刚度与肌肉内部气压、弹性体刚度的关系。设计反向传播(back propagation,BP)神经网络整定PID参数的BP-... 详细信息

设计了一种气动人工肌肉驱动的串联弹性关节,基于气动人工肌肉Chou模型,建立了串联弹性关节的动力学模型,推导出关节刚度,获得了关节刚度与肌肉内部气压、弹性体刚度的关系。设计反向传播(back propagation,BP)神经网络整定PID参数的BP-PID控制算法,开展了气动串联弹性关节的位置与刚度控制研究。仿真结果表明BP-PID控制优于PID控制,关节位置跟踪精度由0.58°变为0.10°,关节刚度跟踪精度从0.026 N·m/rad变为0.005 N·m/rad。实验结果表明关节位置跟踪平均误差由0.347°减小到0.117°,关节刚度跟踪平均误差从0.024 N·m/rad减小到0.019 N·m/rad。

关键词：仿生跳跃机器人串联弹性驱动器反向传播神经网络位置控制刚度控制

基于反馈变换与积分反演PMSLM强鲁棒位置控制

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电气工程学报 2024年

作者：陈晨赵静朱龙董菲安徽大学电气工程与自动化学院

为提高永磁同步直线电机位置控制系统的鲁棒性能，设计基于反馈线性化变换解耦系统的积分反演控制器。首先定义新的中间状态变量，通过状态反馈将永磁同步直线电机系统线性化解耦变换为带有非线性扰动状态的串联积分系统，避免常规反馈... 详细信息

为提高永磁同步直线电机位置控制系统的鲁棒性能，设计基于反馈线性化变换解耦系统的积分反演控制器。首先定义新的中间状态变量，通过状态反馈将永磁同步直线电机系统线性化解耦变换为带有非线性扰动状态的串联积分系统，避免常规反馈解耦时未知系数扰动状态无法补偿的问题；其次依据Lyapunov稳定条件设计反演控制器，在各级子系统的中间虚拟控制量的设计中加入积分环节，提高系统控制精度，并利用稳定条件设计扰动自适应律，估计并补偿系统扰动，提高永磁同步直线电机控制系统的鲁棒性能。最后搭建基于半实物仿真控制系统的试验平台，通过试验验证本文方法的正确性和有效性。

关键词：永磁同步直线电机反馈线性化反演控制位置控制