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基于双向伺服力反馈的节气门控制系统研究

基于双向伺服力反馈的节气门控制系统研究

作者：刘晓倩吉林大学

学位级别：硕士

随着汽车工业的发展，汽车中一些传统的机械调节和控制方法逐渐由电控技术所取代。电子节气门控制系统（ETCS），取消了加速踏板与节气门之间的机械连接。ETCS以踏板的输入信号作为驾驶员的转矩需求，发动机管理系统基于扭矩控制协调各... 详细信息

随着汽车工业的发展，汽车中一些传统的机械调节和控制方法逐渐由电控技术所取代。电子节气门控制系统（ETCS），取消了加速踏板与节气门之间的机械连接。ETCS以踏板的输入信号作为驾驶员的转矩需求，发动机管理系统基于扭矩控制协调各功能模块的转矩需求后确定最终输出转矩，由此决定实际进气量，并输出相应的控制信号使节气门到达目标开度。与传统节气门系统相比，具有跟好的操纵稳定性、安全性、节能性和结构紧凑性的优点，但是随之也暴露出驾驶者缺乏驾驶临场感等缺点。本文结合吉林大学科学前沿与交叉学科项目（200903168），针对目前电子节气门控制系统中存在缺乏驾驶临场感、非线性和动态不确定性等缺点，结合临场感主从遥操纵理论，提出基于双向伺服力反馈控制策略的电子节气门控制系统。驾驶员目标开度与节气门实际开度位置偏差经动态鲁棒补偿器控制电驱加速踏板角位移，使驾驶员感知反馈力;同时位置偏差通过模糊PID控制器控制电子节气门实际开度，使其准确跟踪目标开度。首先，论文通过分析ETCS的机械结构特性，建立基于双向伺服力反馈节气门控制系统的主动端加速踏板和从动端电子节气门的数学模型。其次，通过分析主从双向伺服控制策略，选择位置-位置型双向伺服控制策略应用于双控伺服力反馈电子节气门系统;并设计了主动端基于动态鲁棒补偿控制的电驱动加速踏板控制器，从动端节气门系统的模糊PID控制器。最后，在此基础上，应用MATLAB/Simulink工具箱为仿真工具，分别建立了双向伺服力反馈电子节气门系统主端基于动态鲁棒补偿的控制子系统、从端节气门模糊PID控制系统的仿真模型;以BOSCH电子节气门和加速踏板仿真及试验对象，对控制系统进行仿真试验分析。得出以下结论：基于动态鲁棒补偿控制器的加速踏板系统对于未知干扰有良好的调节性能，改善非线性，提高控制的准确度;从端节气门系统采用模糊PID控制的方法，节气门开度上升、下降时间都比较小，稳定误差和超调量较小。对基于双向伺服力反馈节气门控制系统进行试验，验证应用的控制策略是有效的且具有较强的鲁棒性和自适应性，能够精确修正节气门开度位置偏差;增强驾驶临场感，有效地模拟和再现了机械连接方式中所感受到的反作用力。

关键词：电子节气门双向伺服控制鲁棒控制模糊 PID 力反馈

一种基于遗传PID控制的力反馈双向伺服系统研究

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机床与液压 2009年第4期37卷 123-125页

作者：唐锐文忠波文广四川攀枝花学院机电工程学院四川攀枝花617000

针对力反馈双向伺服控制系统中存在的非线性和主、从跟随动态特性较差的特点,提出了一种采用遗传PID控制策略的新型控制方法。仿真结果表明:该方法控制简单,实时性好,具有良好的跟踪精度,改善了主、从位置跟随动态特性,使系统具有较强... 详细信息

针对力反馈双向伺服控制系统中存在的非线性和主、从跟随动态特性较差的特点,提出了一种采用遗传PID控制策略的新型控制方法。仿真结果表明:该方法控制简单,实时性好,具有良好的跟踪精度,改善了主、从位置跟随动态特性,使系统具有较强的自适应能力和抗干扰能力。

关键词：遗传算法整定PID参数双向伺服控制

四自由度电液主—从遥操纵机器人双向伺服控制策略研究

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四自由度电液主—从遥操纵机器人双向伺服控制策略研究

作者：刘璐吉林大学

学位级别：硕士

本文结合国家自然科学基金资助项目（编号:50475011）以及教育部优秀青年教师基金项目“具有力觉反馈的远距离操纵工程机器人研究”,在对国内外临场感遥操纵机器人系统进行研究分析的基础上,针对已有的遥操纵系统双向伺服控制策略中,存... 详细信息

本文结合国家自然科学基金资助项目（编号:50475011）以及教育部优秀青年教师基金项目“具有力觉反馈的远距离操纵工程机器人研究”,在对国内外临场感遥操纵机器人系统进行研究分析的基础上,针对已有的遥操纵系统双向伺服控制策略中,存在主、从手位置跟随性差,刚性负载对主手冲击力大等问题,在主-从遥操纵系统中采用了一种新型双向伺服控制策略。该控制策略是将主手操纵杆的操纵力乘以一定的系数后与从动机械手所受的阻力作差,经放大后去控制从动机械手的运动,并通过位置伺服去控制主手操纵杆跟随从动机械手运动,有利于操作者及时把握从动机械手的当前位置及干涉情况。本文在实验室二自由度力反馈操纵杆系统和四自由度液压工程机器人系统的基础上,构建了基于网络的四自由度电液主-从遥操纵机器人系统,分析了遥操纵系统网络通信时延,推导了电液伺服系统的数学模型,设计了主手和从手控制器,并用新型双向伺服控制策略进行了不同负载工况下的双向伺服遥操纵试验研究。试验结果表明,采用新型双向伺服控制策略的遥操纵机器人系统,主手操纵杆对从手有良好的位移跟随特性,操作者能够及时地把握从手的位移及干涉情况,并减小了在抓取刚性物体时反馈力对主手的冲击。试验验证了新型双向伺服控制策略是一种可行的、合理的主-从控制方法,为今后主-从遥操纵机器人系统走向实用化提供了一种参考方案。

关键词：电液伺服主-从遥操纵双向伺服控制力反馈自适应模糊PID

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遥操纵系统主—从双向伺服控制技术研究

遥操纵系统主—从双向伺服控制技术研究

作者：冯汝扬吉林大学

学位级别：硕士

具有临场感的遥操纵系统可以在人难以靠近的高温、高压、强辐射、窒息等极限环境下进行复杂的操纵作业。力觉临场感可在很大程度上提高遥操纵作业的效率和精确性。国内外对力觉临场感遥操纵系统的研究主要存在主-从跟随特性差,反馈力冲... 详细信息

具有临场感的遥操纵系统可以在人难以靠近的高温、高压、强辐射、窒息等极限环境下进行复杂的操纵作业。力觉临场感可在很大程度上提高遥操纵作业的效率和精确性。国内外对力觉临场感遥操纵系统的研究主要存在主-从跟随特性差,反馈力冲击等问题。本文以由新型电液伺服控制手控器组成的遥操纵系统为研究对象,建立了手控器电液伺服系统的数学模型,为其设计了基于线性二次型指标的调节器,并通过观测器实现了完全的状态反馈。为降低系统对参数变化的敏感度,设计了自适应控制器,并研究了消除扰动影响的方法。针对现有遥操纵系统所存在的前述问题,介绍了一种位置差-力差型双向伺服控制策略,分析了策略的稳定性和透明性。

关键词：遥操纵系统电液伺服控制双向伺服控制二次型控制自适应控制抗扰方法

遥操作机器人系统的主—从双向伺服控制方法研究

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遥操作机器人系统的主—从双向伺服控制方法研究

作者：宋鸿亮吉林大学

学位级别：硕士

以主-从遥操作机器人为核心的临场感遥操作系统可以在空间、海底、强辐射、战场等非确定性环境或极限环境下进行复杂的操纵作业。操作者的操纵质量与对“从环境”的力觉、视觉等信息的真实获得能力密切相关。借助于遥操作系统提供的力... 详细信息

以主-从遥操作机器人为核心的临场感遥操作系统可以在空间、海底、强辐射、战场等非确定性环境或极限环境下进行复杂的操纵作业。操作者的操纵质量与对“从环境”的力觉、视觉等信息的真实获得能力密切相关。借助于遥操作系统提供的力觉临场感及视觉临场感,操作者可以真实地感觉到机器人与被操作物体的动态相互作用,从而完成复杂精密的操纵作业。所以进行“遥操作机器人系统的主-从双向伺服控制方法研究”具有十分重要的意义。本文在对国内外临场感遥操作机器人系统研究分析的基础上,建成了具有力觉反馈的两自由度双向液压伺服机器人系统。针对遥操作机器人领域内存在的力反馈遥操作机器人控制策略及位置伺服问题,采用了新型控制策略,又针对常规数字PID控制算法存在参数修改不方便,不能进行在线调整等问题,采用了PID参数自整定的模糊控制算法对机器人系统进行控制,并进行了相应的试验研究。试验表明,采用新型双向伺服控制方法可使操作者感觉到从动机构与环境接触力的大小,有利于操纵者及时把握从动机构的当前位置及干涉情况。PID参数自整定模糊控制算法既具有模糊控制器灵活、适应性强、鲁棒性好的优点,又具有PID控制精度高的特点。本文的工作,为遥操作机器人系统的研究提供了有价值的理论与实践参考。

关键词：临场感遥操作机器人力觉反馈双向伺服控制电液伺服 PID控制模糊PID

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基于遗传PID控制的双向伺服系统

基于遗传PID控制的双向伺服系统

2007年中国智能自动化会议

作者：唐锐文广文忠波四川攀枝花学院机电工程学院

针对双向伺服控制系统中存在的非线性和主从跟随动态特性较差的特点,提出了一种新型控制方法,采用遗传PID控制策略,以达到对系统的实时跟踪控制,有效地改善系统的动态特性差异的目的。仿真结果表明,该算法具有良好跟踪精度,改善了主从... 详细信息

针对双向伺服控制系统中存在的非线性和主从跟随动态特性较差的特点,提出了一种新型控制方法,采用遗传PID控制策略,以达到对系统的实时跟踪控制,有效地改善系统的动态特性差异的目的。仿真结果表明,该算法具有良好跟踪精度,改善了主从位置跟随特性,并具有较强的自适应能力和抗干扰能力。

关键词：遗传算法整定PID参数力反馈双向伺服控制

来源： cnki会议评论

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电液手控器型遥操作机器人力反馈控制策略

农业机械学报 2010年第12期41卷 190-194页

作者：倪涛赵丁选张红彦吉林大学机械科学与工程学院长春130025

针对现有电动力反馈操纵装置存在刚度小、力效果不明显的问题,设计了电液伺服力反馈手控器。该手控器在水平方向上具有X、Y两个旋转自由度,每个自由度采用单独的伺服阀控液压马达驱动,空间运动互不干涉。综合传统的力反射伺服型和并列... 详细信息

针对现有电动力反馈操纵装置存在刚度小、力效果不明显的问题,设计了电液伺服力反馈手控器。该手控器在水平方向上具有X、Y两个旋转自由度,每个自由度采用单独的伺服阀控液压马达驱动,空间运动互不干涉。综合传统的力反射伺服型和并列型双向伺服控制算法的优点,提出力/位置偏差复合型主从双向控制策略。以液压手控器为主手,四自由度工程机器人为从手,进行主从遥操作力反馈双向伺服试验研究。验证了力/位置偏差复合型控制算法能有效提高系统响应的快速性和稳定性。

关键词：遥操作机器人手控器力/位置偏差复合算法双向伺服控制

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电液伺服遥操纵机器人主-从位置控制器

农业机械学报 2009年第6期40卷 189-193页

作者：巩明德赵丁选冯汝扬吉林大学机械科学与工程学院长春130025

针对电液伺服遥操纵机器人主-从双向伺服位置控制中存在的非线性和不确定性,提出主-从侧分别使用带干扰观测器的最优控制和有鲁棒补偿的PD反馈控制算法,以克服主动侧各液压缸因动态特性差异造成的位置跟随误差和从动侧外界环境的随机干... 详细信息

针对电液伺服遥操纵机器人主-从双向伺服位置控制中存在的非线性和不确定性,提出主-从侧分别使用带干扰观测器的最优控制和有鲁棒补偿的PD反馈控制算法,以克服主动侧各液压缸因动态特性差异造成的位置跟随误差和从动侧外界环境的随机干扰对系统稳定性的影响。分别设计了观测器跟踪扰动的二次型控制器和有动态鲁棒补偿的位置控制器,通过仿真和试验验证了所设计控制器的有效性。试验结果表明,所设计的位置控制器,既提高了主-从位置跟随精度,又具有较强的自适应性和鲁棒性;提高了力反馈电液伺服遥操纵机器人系统的操作性。

关键词：电液伺服双向伺服控制位置控制器状态观测器鲁棒控制

基于变增益的遥操纵冗余自由度机器人力反馈研究

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基于变增益的遥操纵冗余自由度机器人力反馈研究

作者：覃永进吉林大学

学位级别：硕士

遥操纵冗余自由度机器人从手的“自运动”特性让遥操纵机器人系统具有灵活性好、避障能力强等优点,极大地提高遥操纵机器人系统的灵活性和工作效率。因此研究遥操纵冗余自由度机器人系统具有重要的理论意义和实际应用价值。本文结合国... 详细信息

遥操纵冗余自由度机器人从手的“自运动”特性让遥操纵机器人系统具有灵活性好、避障能力强等优点,极大地提高遥操纵机器人系统的灵活性和工作效率。因此研究遥操纵冗余自由度机器人系统具有重要的理论意义和实际应用价值。本文结合国家自然科学基金项目“遥操纵多自由度电液伺服机械手力反馈控制策略”(项目编号:50975118)和高等学校博士学科点专项科研基金资助课题“遥操纵电液欠驱动冗余自由度机械手双向伺服控制策略”(课题编号:20130061110009),研究提高遥操纵冗余自由度机器人系统双向伺服控制力反馈性能的方法。本文以四自由度主-从异构遥操纵冗余自由度机器人系统为研究对象,首先研究从端冗余自由度机械手的正逆解和动力学特性,包括采用D-H法进行运动学正解、基于阻尼伪逆和多目标优化的梯度投影法运动学逆解、Lagrange法动力学数学建模、工作空间计算以及奇异位形分析等。其次建立主-从电液伺服系统的数学模型,分析电液位置伺服系统的稳定性;针对Ziegler-Nichols方法依赖经验、实验以及实验现场不确定因素给系统带来影响的缺陷,采用参数空间图解法设计PD控制器,改善电液伺服系统的动态响应特性。针对力反馈效果不充分以及易对操作者产生冲击的问题,基于位置空间控制策略提出变增益位置空间双向伺服力反馈控制策略,并通过在空载、受到弹簧负载和刚性负载等情况下的仿真试验验证所提控制策略的有效性。仿真结果表明,变增益位置空间双向伺服力反馈控制策略可有效提高力反馈的灵敏度和减小反馈力对操作者的冲击。从而使操作者感知所接触物体的软硬程度,获得较好的力反馈效果,实现遥操纵冗余自由度机器人系统的力觉双向伺服控制,提高了遥操纵系统的透明性。

关键词：遥操纵冗余自由度参数空间变增益双向伺服控制