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基于改进前馈补偿模糊PID的随动特性分析

计算机仿真 2022年第3期39卷 72-78页

作者：彭斌王文奎马军祥冶振兰州理工大学甘肃兰州730050 航空工业兰州万里航空机电有限责任公司甘肃兰州620100

提出一种滑行灯随动转向系统,针对其控制过程不连续,存在非线性、时滞性和其它不确定因素,在建立起灯具转角模型与合并负载后的直流伺服电机模型的基础上,采用模糊PID控制技术,针对其论域固定、瞬态响应不稳定的缺点提出了一种基于计算... 详细信息

提出一种滑行灯随动转向系统,针对其控制过程不连续,存在非线性、时滞性和其它不确定因素,在建立起灯具转角模型与合并负载后的直流伺服电机模型的基础上,采用模糊PID控制技术,针对其论域固定、瞬态响应不稳定的缺点提出了一种基于计算速度误差的摩擦模型前馈补偿算法。通过MATLB/Simulink仿真,比较了常规PID控制、模糊PID控制、基于计算速度误差摩擦模型前馈补偿和前馈补偿模糊PID控制在阶跃输入和正弦输入下的动态响应,仿真结果表明,上述系统在基于速度误差摩擦模型前馈补偿模糊PID控制下具有很好的鲁棒性和动态跟踪能力,能够实现零超调、跟随误差在±0.05,验证了此改进算法在类似系统中的可行性。

关键词：随动转向摩擦模型前馈补偿仿真

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基于负载转矩前馈补偿的PMSM控制策略

电力电子技术 2023年第6期57卷 28-31页

作者：陈加乐曾国宏祝天岳胡芳俊北京交通大学国家能源主动配电网技术研发中心北京100044 中国船舶工业系统工程研究院北京100094

针对负载转矩扰动引起的永磁同步电机(PMSM)控制性能下降问题,提出一种基于滑模负载转矩观测器的负载转矩前馈补偿控制策略。以转速和负载转矩为观测对象建立负载转矩观测器,实现负载转矩的实时辨识,然后将辨识结果前馈补偿至转矩电流环... 详细信息

针对负载转矩扰动引起的永磁同步电机(PMSM)控制性能下降问题,提出一种基于滑模负载转矩观测器的负载转矩前馈补偿控制策略。以转速和负载转矩为观测对象建立负载转矩观测器,实现负载转矩的实时辨识,然后将辨识结果前馈补偿至转矩电流环,从而提高系统控制性能。实验结果表明,观测器能够快速且准确地辨识负载转矩,负载转矩的前馈补偿抑制了负载转矩扰动造成的转速波动且缩短了转速恢复时间,提高了系统的动态性能和鲁棒性。

关键词：永磁同步电机负载转矩扰动前馈补偿

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基于前馈补偿的永磁同步电机控制系统研究

基于前馈补偿的永磁同步电机控制系统研究

作者：迟世伟内蒙古科技大学

学位级别：硕士

永磁同步电机凭借结构简单、体积小、能量利用率高等优点,被广泛运用在航空航天、电动汽车、工业生产和军事等领域。目前永磁同步电机控制一般选择PID控制,由于永磁同步电机系统较为复杂,在需要进行高精度控制的场合,PI控制难以兼顾响... 详细信息

永磁同步电机凭借结构简单、体积小、能量利用率高等优点,被广泛运用在航空航天、电动汽车、工业生产和军事等领域。目前永磁同步电机控制一般选择PID控制,由于永磁同步电机系统较为复杂,在需要进行高精度控制的场合,PI控制难以兼顾响应速度和系统超调,并且由于电机在运行过程中难免受到外界负载扰动的影响,这会使电机输出转速出现波动。为了解决上述问题,本文主要通过以下两个方面对系统进行改进。首先本文对PMSM的结构和原理进行介绍,并通过坐标变换推导PMSM各坐标之间的关系。针对电机在运行过程中出现的速度超调和响应时间较长等问题,选择使用自抗扰控制器对PI控制器进行替换。对自抗扰控制器的结构分析后选择使用双曲正弦函数对自抗扰控制器中的ESO进行优化,然后将其应用到矢量控制系统当中。通过仿真验证,改进后的系统静动态性能都得到提升。其次针对PMSM运行过程中由于负载扰动造成的转速波动问题,选择使用前馈补偿的方法,先使用观测器将负载转矩观测出来并按照比例进行补偿,解决了速度控制中的负载扰动问题。为了保证负载转矩的观测精度,通过对传统滑模观测器的结构分析,从传统观测器中反馈增益不能改变这一缺陷入手,设计了一种可变反馈增益的滑模观测器,解决了辨识速度和辨识精度之间的矛盾。然后将观测到的负载转矩进行前馈补偿,并与改进型ADRC控制器相结合,构成前馈-反馈系统进行仿真实验。实验结果证明补偿后的系统相较于补偿前,抗干扰能力更强,转速跟踪效果更好。最后搭建基于DSP芯片TMS320F28335的PMSM矢量控制平台,对所设计平台的硬件、软件进行详细介绍。通过AD软件对硬件电路图进行绘制,并在CCS软件上对程序进行编写,进而完成整个平台的搭建。在该平台上完成矢量控制的测试,通过空载运行、运行时变负载、升降速等实验验证了所设计的控制器对电机的控制能力,并给出具体的实验结果。

关键词：永磁同步电机自抗扰控制器负载转矩观测器前馈补偿

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前馈补偿法在空调系统控制中的应用

上海交通大学学报 2005年第2期39卷 242-246页

作者：王军王雁邵惠鹤上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200030 中国电子科技集团第39研究所西安710066

采用机理分析和实验数据分析相结合的方法,建立了变风量空调的数学模型,并依据此模型建立了四输入、四输出的变风量空调系统的传递函数矩阵.针对该系统采用前馈补偿法设计了变风量空调系统的解耦补偿器,该解耦补偿器可以使所研究的变风... 详细信息

采用机理分析和实验数据分析相结合的方法,建立了变风量空调的数学模型,并依据此模型建立了四输入、四输出的变风量空调系统的传递函数矩阵.针对该系统采用前馈补偿法设计了变风量空调系统的解耦补偿器,该解耦补偿器可以使所研究的变风量空调控制系统的开环和闭环传递函数矩阵都变换为对角矩阵,从而解除各个控制回路之间的耦合,使变风量空调系统实现解耦.实验结果表明,该解耦控制方法在变风量空调中的应用效果较好,提高了系统的控制品质和性能.

关键词：变风量空调系统前馈补偿传递函数矩阵解耦控制

面向内镜手术的丝鞘传动迟滞建模与前馈补偿研究

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面向内镜手术的丝鞘传动迟滞建模与前馈补偿研究

作者：张子鑫天津大学

学位级别：硕士

经自然腔道内镜手术具有创伤小、术后恢复快、无体表疤痕等优势,成为内窥镜微创手术的主要发展趋势。手术过程中,医生需要在人体外控制伸入体内的手术工具完成手术操作。而狭窄曲折的自然腔道入路限制了传统刚性直杆型手术器械的使用,... 详细信息

经自然腔道内镜手术具有创伤小、术后恢复快、无体表疤痕等优势,成为内窥镜微创手术的主要发展趋势。手术过程中,医生需要在人体外控制伸入体内的手术工具完成手术操作。而狭窄曲折的自然腔道入路限制了传统刚性直杆型手术器械的使用,对内镜手术器械的柔顺性提出了更高的要求。丝鞘机构由于具有柔顺性、体积小、结构简单、能实现力和位移的远距离传输等优点,目前已成为柔性手术器械的常用传动方式。然而丝鞘之间的非线性摩擦所导致的拉力衰减和运动迟滞严重影响了器械末端的运动速度和操作精度,阻碍了手术机器人的发展;同时人体自然腔道环境的特殊性对于手术工具的尺寸和生物兼容性提出了需求,限制了高精度传感器在工具末端的集成,难以获得力与运动的反馈信息,这为实现器械末端的精确控制增加了难度。现有研究表明,基于模型的前馈控制器能够在不提供末端反馈信息的条件下实现对系统迟滞的有效补偿,是一种适合自然腔道手术的控制方法;且在具备提供反馈信息条件的系统中,通过前馈与反馈控制结合的方法,能够进一步提高系统的鲁棒性。本文旨在研究丝鞘机构的力和运动的传递过程,并在反馈信息缺失的情况下实现对丝鞘机构运动迟滞的补偿。本研究针对上述目标开展了如下工作:首先,分析推导了丝鞘系统的运动过程,基于Coulomb摩擦定律分析了任意构型和常曲率构型下处于滑动状态中的丝鞘机构拉力传递、伸长量和位移传递的理论公式,为迟滞建模提供指导。其次,基于经典Bouc-Wen模型建立了丝鞘机构的运动传递模型,并使用遗传算法辨识了模型参数。针对经典Bouc-Wen模型直接用于描述丝鞘机构运动传递时误差较大且参数辨识效率低等问题,基于对丝鞘机构摩擦传动特性的分析,提出了一种能够适应丝鞘运动传递的改进型Bouc-Wen模型,并为之设计了参数辨识方法。仿真结果表明,与经典Bouc-Wen模型相比,改进型模型对于丝鞘机构运动迟滞具有更高的建模精度和参数辨识效率。然后,基于直接逆模型的前馈补偿方法为经典Bouc-Wen模型和改进型模型设计了前馈补偿器,并在Simulink环境中对所设计控制器的补偿效果进行了仿真验证。最后,搭建了单丝丝鞘系统实验平台,并设计实验验证了:(1)在常曲率构型下基于Coulomb摩擦定律推导的理论公式对于低速完全滑动状态下丝鞘力位传递的描述效果;(2)在非常曲率构型下,两种迟滞模型描述丝鞘运动迟滞的准确性以及前馈补偿器的补偿效果。

关键词：丝鞘机构迟滞建模 Bouc-Wen模型前馈补偿经自然腔道内镜手术机器人

基于前馈补偿方位角权系数的分程独立变桨距控制研究

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太阳能学报 2012年第4期33卷 532-539页

作者：姚兴佳刘玥郭庆鼎沈阳工业大学风能技术研究所沈阳110023

依据风速特性及桨叶的空气动力学分析得到独立变桨距控制的基本控制规律,提出基于前馈补偿的方位角权系数分程独立变桨距控制,此控制方法采用方位角权系数分配分别对3个桨叶的桨距角进行调整,实现独立变桨距控制,然后根据前馈补偿理论... 详细信息

依据风速特性及桨叶的空气动力学分析得到独立变桨距控制的基本控制规律,提出基于前馈补偿的方位角权系数分程独立变桨距控制,此控制方法采用方位角权系数分配分别对3个桨叶的桨距角进行调整,实现独立变桨距控制,然后根据前馈补偿理论对变桨距过程进行分程独立变桨距控制。在Matlab中进行仿真。仿真结果表明,该控制方法不仅可实现风力机的独立变桨,在稳定输出功率的同时减小桨叶的拍打振动,且可避免由于全程独立变桨距桨叶调节频繁所引起的电动变桨执行电机因过热损坏的问题。控制方法简单,更适合用于独立动作的电动变桨距执行机构。

关键词：风力机独立变桨距控制前馈补偿方位角权系数分程变桨

基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法

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机械工程学报 2007年第10期43卷 175-180页

作者：袭燕路长厚潘伟张建川山东大学机械工程学院济南250061

根据数控交流伺服工作台进给系统从静止到宏观运动的过渡时间,和零速度时刻的指令加速度大小呈反比关系,区分摩擦力矩的预滑动区和滑动区,由此提出基于力矩值估计的摩擦补偿方法;在设定指令加速度后,基于命令力矩值的摩擦力矩模型,不需... 详细信息

根据数控交流伺服工作台进给系统从静止到宏观运动的过渡时间,和零速度时刻的指令加速度大小呈反比关系,区分摩擦力矩的预滑动区和滑动区,由此提出基于力矩值估计的摩擦补偿方法;在设定指令加速度后,基于命令力矩值的摩擦力矩模型,不需要测量速度就可以补偿工作台进给系统中的摩擦。同时,考虑到参数的不确定性,设计非线性摩擦自适应控制方案,对其稳定性进行理论证明。在交流伺服工作台进给系统上对基于摩擦力矩值估计的自适应前馈补偿方法进行验证。试验结果表明,基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法能实现在不同指令加速度下对期望轨迹的跟踪,并能大大提高系统的跟踪精度。

关键词：交流伺服工作台进给系统摩擦模型前馈补偿

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超精密微动台扰动估计与前馈补偿

中国电机工程学报 2020年第16期40卷 5345-5351页

作者：孙浩博成荣杨开明朱煜鲁森摩擦学国家重点实验室(清华大学) 北京市海淀区100084

在超精密运动控制系统中,对外部扰动的抑制效果是影响其轨迹跟踪精度的关键因素。文中研究对象是一种无接触式的六自由度超精密微动台,其通过重力平衡磁钢平衡自身重量,从而避免垂向电机因电流过大而引起线圈温升过高,但是重力平衡磁钢... 详细信息

在超精密运动控制系统中,对外部扰动的抑制效果是影响其轨迹跟踪精度的关键因素。文中研究对象是一种无接触式的六自由度超精密微动台,其通过重力平衡磁钢平衡自身重量,从而避免垂向电机因电流过大而引起线圈温升过高,但是重力平衡磁钢会与微动台下方的永磁阵列相互作用而产生扰动力。对重力平衡磁钢产生的扰动力进行频谱分析,针对其低频特性,提出一种基于二维拟合的多自由度扰动力估计和前馈补偿方法。仿真和实验表明该方法可以在微动台精确模型未知的情况下,实现对扰动力的估计和补偿,减小六自由度的推力/转矩波动,进而提高超精密微动台的轨迹跟踪精度。

关键词：超精密微动台扰动估计前馈补偿轨迹跟踪精度

IMM Kalman滤波前馈补偿技术在搜索跟踪系统中的应用

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控制与决策 2020年第5期35卷 1253-1258页

作者：林俤吴易明朱帆中国科学院西安光学精密机械研究所西安710119 中国科学院大学北京100049

空中低慢小目标存在机动和角速率运动较大的情况,对地面搜索跟踪系统的跟踪精度提出很高要求,为了提高跟踪系统的跟踪精度,需加入伺服前馈补偿技术,精确的目标速度和加速度估计成为前馈补偿控制的难点.鉴于此,提出采用IMM卡尔曼滤波技... 详细信息

空中低慢小目标存在机动和角速率运动较大的情况,对地面搜索跟踪系统的跟踪精度提出很高要求,为了提高跟踪系统的跟踪精度,需加入伺服前馈补偿技术,精确的目标速度和加速度估计成为前馈补偿控制的难点.鉴于此,提出采用IMM卡尔曼滤波技术估计目标运动速度和加速度信息,并作为伺服前馈补偿的输入量,以消除由于目标速度和加速度运动引起的脱靶量误差.实际系统测试实验表明,搜索跟踪系统采用IMM卡尔曼滤波前馈补偿技术使得系统跟踪精度较常规卡尔曼滤波补偿提高3倍以上,模型验证有效.

关键词： IMM卡尔曼滤波前馈补偿低慢小目标搜索跟踪