电液伺服位置跟踪控制策略研究
这是一篇关于电液伺服,位置跟踪,扰动观测器,自抗扰控制,LuGre摩擦模型的论文, 主要内容为电液伺服系统因其兼具液压与电气两方面的优点,广泛应用于制造业与航空航天领等领域。在电液伺服控制技术中电液伺服位置跟踪控制占据重要地位,良好的控制性能可以大幅度提升生产效率。在探究的过程中发现电液伺服系统存在很多限制其性能的因素,因此,研究如何提升电液伺服系统的控制性能具有重要的现实意义。本文主要研究工作如下:首先,为能够研究实际电液伺服系统的控制性能,设计并搭建电液伺服位置跟踪控制平台。电液伺服位置跟踪控制平台由液压泵站、双缸加载实验机构与计算机控制系统组成,可实现对称与非对称液压缸位移跟踪实验。采用主要由工控机与控制柜组成的计算机控制系统,通过数据板卡采集位移信号和输出控制量。在分析电液伺服位置跟踪控制系统的机理上,通过对系统各个部分建模,得到系统的数学模型。然后,针对电液伺服系统中存在着不确定参数与未知扰动,传统PID控制方法无法达到理想跟踪精度等问题,提出了一种基于参考模型扰动观测器的电液伺服位置跟踪控制方法。首先设计控制器使理想参考模型系统输出精准跟踪给定位移信号。其次将实际系统与理想参考模型相异的部分视为总扰动,设计扰动观测器对其进行观测。最后设计控制律对总扰动进行补偿,使实际系统的输出精确跟踪给定位移信号。仿真与实验结果表明:基于参考模型的扰动观测器在电液伺服位置跟踪控制方法相比PID控制,可以有效地提高系统控制精度,减小系统动态控制误差。最后,针对摩擦非线性影响低速电液伺服位置跟踪控制性能的问题,提出了一种摩擦补偿的电液伺服位置跟踪自抗扰控制方法,首先建立电液伺服系统的Lu Gre摩擦模型并进行了参数辨识,基于此模型设计摩擦补偿与自抗扰相结合的控制器。其次设计三阶线性扩张状态观测器对总扰动进行观测。最后考虑摩擦补偿设计线性状态误差反馈控制律作为实际系统的控制输入。仿真与实验结果表明,采用此方法可以提高系统控制精度,实现快速、准确地跟踪给定输入。
磁悬浮球控制方法研究及网络实验系统开发
这是一篇关于磁悬浮球系统,滑模控制,位置跟踪,网络实验系统,远程控制的论文, 主要内容为磁悬浮技术的核心是控制电磁力的大小,在克服重力的前提下,使被悬浮物体稳定地悬浮在空中。在悬浮的情况下物体之间没有直接接触,所以具有运动无摩擦、噪音小和损耗小的优点。由于磁悬浮技术具有如此多的优势,所以被应用到了很多实际工程中。单自由度磁悬浮系统控制方法的研究成果可以方便地应用于多自由度磁悬浮系统中,所以对单自由度磁悬浮控制的研究有着重要意义。本文以INTECO公司的单自由度磁悬浮球系统为研究对象,研究其控制方法和远程实验方法,主要完成的工作如下:第一,建立了磁悬浮球系统的机理模型,并设计完成了多种线性与非线性控制实验。首先以传递函数为基础,从频域的角度分别设计了超前校正、滞后超前校正以及PID校正环节来稳定磁悬浮系统。然后,本文在状态空间模型的基础上,采用极点配置、LQR控制以及内模控制实现了磁悬浮球系统的控制。最后,本文以非线性状态空间模型为基础,设计了反馈线性化控制器、滑模控制器以及自适应控制器。第二,对上述方法的仿真与实验结果进行了比较分析,并对滑模控制方法进行了改进。针对滑模控制的抖振问题,本文使用基于PD滑模面与非奇异终端滑模面的滑模控制方法来抑制抖振。针对滑模控制需要不确定边界的问题,本文将反步自适应的思想与滑模控制方法结合,以获得更好的鲁棒性。针对滑模控制器设计依然依赖模型的问题,设计了基于ESO的自适应PD滑模控制器,引入扩张观测器来观测状态以及非线性项,通过自适应去估计控制增益,并取得了较好的控制效果。第三,针对磁悬浮球系统设计了远程实验平台。目前很多实现远程控制的技术都有共同的缺点:被控电脑密码是固定的,被信任的用户可以在任意时间段发起登录请求。这种模式适用于个体之间一对一的协调,没有规范化地对用户身份及用户登录时间进行管理。本文在远程桌面的基础上设计了一套基于Web的网络实验系统。在该系统中,基于哈希函数开发了一个可以自动改变电脑密码的程序,同时使用Java技术与JSP技术设计了远程实验管理系统软件,实现了对实验室电脑的规范化预约及用户登录管理。所设计的远程实验管理系统经过了多次实验,验证了远程实验不会影响磁悬浮球系统的正常运行,通过现场摄像头,远程实验者可以看到与现场实验完全一致的实时监控画面,也可以得到和现场实验完全相同的结果。
磁悬浮球控制方法研究及网络实验系统开发
这是一篇关于磁悬浮球系统,滑模控制,位置跟踪,网络实验系统,远程控制的论文, 主要内容为磁悬浮技术的核心是控制电磁力的大小,在克服重力的前提下,使被悬浮物体稳定地悬浮在空中。在悬浮的情况下物体之间没有直接接触,所以具有运动无摩擦、噪音小和损耗小的优点。由于磁悬浮技术具有如此多的优势,所以被应用到了很多实际工程中。单自由度磁悬浮系统控制方法的研究成果可以方便地应用于多自由度磁悬浮系统中,所以对单自由度磁悬浮控制的研究有着重要意义。本文以INTECO公司的单自由度磁悬浮球系统为研究对象,研究其控制方法和远程实验方法,主要完成的工作如下:第一,建立了磁悬浮球系统的机理模型,并设计完成了多种线性与非线性控制实验。首先以传递函数为基础,从频域的角度分别设计了超前校正、滞后超前校正以及PID校正环节来稳定磁悬浮系统。然后,本文在状态空间模型的基础上,采用极点配置、LQR控制以及内模控制实现了磁悬浮球系统的控制。最后,本文以非线性状态空间模型为基础,设计了反馈线性化控制器、滑模控制器以及自适应控制器。第二,对上述方法的仿真与实验结果进行了比较分析,并对滑模控制方法进行了改进。针对滑模控制的抖振问题,本文使用基于PD滑模面与非奇异终端滑模面的滑模控制方法来抑制抖振。针对滑模控制需要不确定边界的问题,本文将反步自适应的思想与滑模控制方法结合,以获得更好的鲁棒性。针对滑模控制器设计依然依赖模型的问题,设计了基于ESO的自适应PD滑模控制器,引入扩张观测器来观测状态以及非线性项,通过自适应去估计控制增益,并取得了较好的控制效果。第三,针对磁悬浮球系统设计了远程实验平台。目前很多实现远程控制的技术都有共同的缺点:被控电脑密码是固定的,被信任的用户可以在任意时间段发起登录请求。这种模式适用于个体之间一对一的协调,没有规范化地对用户身份及用户登录时间进行管理。本文在远程桌面的基础上设计了一套基于Web的网络实验系统。在该系统中,基于哈希函数开发了一个可以自动改变电脑密码的程序,同时使用Java技术与JSP技术设计了远程实验管理系统软件,实现了对实验室电脑的规范化预约及用户登录管理。所设计的远程实验管理系统经过了多次实验,验证了远程实验不会影响磁悬浮球系统的正常运行,通过现场摄像头,远程实验者可以看到与现场实验完全一致的实时监控画面,也可以得到和现场实验完全相同的结果。
磁悬浮球控制方法研究及网络实验系统开发
这是一篇关于磁悬浮球系统,滑模控制,位置跟踪,网络实验系统,远程控制的论文, 主要内容为磁悬浮技术的核心是控制电磁力的大小,在克服重力的前提下,使被悬浮物体稳定地悬浮在空中。在悬浮的情况下物体之间没有直接接触,所以具有运动无摩擦、噪音小和损耗小的优点。由于磁悬浮技术具有如此多的优势,所以被应用到了很多实际工程中。单自由度磁悬浮系统控制方法的研究成果可以方便地应用于多自由度磁悬浮系统中,所以对单自由度磁悬浮控制的研究有着重要意义。本文以INTECO公司的单自由度磁悬浮球系统为研究对象,研究其控制方法和远程实验方法,主要完成的工作如下:第一,建立了磁悬浮球系统的机理模型,并设计完成了多种线性与非线性控制实验。首先以传递函数为基础,从频域的角度分别设计了超前校正、滞后超前校正以及PID校正环节来稳定磁悬浮系统。然后,本文在状态空间模型的基础上,采用极点配置、LQR控制以及内模控制实现了磁悬浮球系统的控制。最后,本文以非线性状态空间模型为基础,设计了反馈线性化控制器、滑模控制器以及自适应控制器。第二,对上述方法的仿真与实验结果进行了比较分析,并对滑模控制方法进行了改进。针对滑模控制的抖振问题,本文使用基于PD滑模面与非奇异终端滑模面的滑模控制方法来抑制抖振。针对滑模控制需要不确定边界的问题,本文将反步自适应的思想与滑模控制方法结合,以获得更好的鲁棒性。针对滑模控制器设计依然依赖模型的问题,设计了基于ESO的自适应PD滑模控制器,引入扩张观测器来观测状态以及非线性项,通过自适应去估计控制增益,并取得了较好的控制效果。第三,针对磁悬浮球系统设计了远程实验平台。目前很多实现远程控制的技术都有共同的缺点:被控电脑密码是固定的,被信任的用户可以在任意时间段发起登录请求。这种模式适用于个体之间一对一的协调,没有规范化地对用户身份及用户登录时间进行管理。本文在远程桌面的基础上设计了一套基于Web的网络实验系统。在该系统中,基于哈希函数开发了一个可以自动改变电脑密码的程序,同时使用Java技术与JSP技术设计了远程实验管理系统软件,实现了对实验室电脑的规范化预约及用户登录管理。所设计的远程实验管理系统经过了多次实验,验证了远程实验不会影响磁悬浮球系统的正常运行,通过现场摄像头,远程实验者可以看到与现场实验完全一致的实时监控画面,也可以得到和现场实验完全相同的结果。
基于反步法的气动系统位置跟踪控制研究
这是一篇关于气动系统,位置跟踪,反步法,干扰观测器,扩张状态观测器的论文, 主要内容为随着工业自动化的不断发展,气动控制的对象越来越复杂,工业自动化对气动控制系统的要求不断提高。本文将电气滑阀与气动执行器组成的气动系统作为研究对象,研究系统的位置跟踪控制。由于气动控制系统本身具有非线性特点以及在实际工况中受到未知干扰的影响等原因,给气动系统建模与控制器的设计带来困难。本文从实际情况出发,分析气动系统的工作原理以及系统运行过程中出现的问题,以设计出易于实现的控制器,稳定准确的气动系统为目标,展开对气动系统位置控制的研究。本文具体的研究内容如下:首先,介绍了气动控制技术的研究概况,并且分析了本课题对气动控制系统研究的主要意义。通过分析气动系统的结构组成以及工作原理,并对系统的动态过程进行合理的假设,建立了气动系统机理模型,确定系统模型形式与阶次,并通过气动系统实验平台获取实验数据,使用参数辨识算法辨识气动系统的模型参数,获得气动系统较为准确的数学模型,为气动系统位置跟踪控制进一步的研究打下基础。其次,针对气动系统的实际工况中可能会出现系统输入量发生突变的问题导致系统位移出现巨大抖动,在反步法为基础的控制器中加入跟踪微分器,通过安排过渡过程优化气动系统的输入量;此外,本文将跟踪微分器引入控制器的设计之中,避免了反步法因连续求导引起的局部极限不存在的问题,简化控制器的结构,便于工程实现。再次,针对系统不可避免地会受到干扰的影响,本文设计一种基于非线性干扰观测器与反步法控制相结合的控制策略,通过干扰观测器对干扰的估计和补偿,提高气动系统的抗干扰能力;针对实际系统中存在不确定动态以及不可避免的干扰问题,本文将扩张状态观测器与反步法控制进行结合,将系统不确定项与外部未知干扰看作系统“总的干扰”,并通过扩张状态观测器对干扰估计值与系统状态的观测值一并补偿给控制器,以此提高系统输出的准确性和鲁棒性。通过实验仿真验证所设计的控制策略的有效性。最后,根据气动系统的工作原理设计气动位置跟踪控制实验平台,对两种控制策略进行程序化设计,并利用气动系统实验平台对所提出的控制策略进行位置跟踪实验验证。实验结果表明,在实验平台存在未知干扰和动态不确定的情况下,只考虑未知干扰的基于干扰观测器的反步法控制器能够获得良好位置跟踪控制效果;将未知干扰跟动态不确定性同时考虑的基于扩张状态观测器的反步法控制器具有更好的位置跟踪控制效果,更加适用于实际工程。
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