基于加速度反馈的上反稳瞄系统最优控制研究

针对某车载上反稳瞄系统中火炮瞄准线稳定精度0.2 mrad的要求,提出在惯性速率稳定闭环内增加高增益的加速度闭环校正,形成多闭环的控制回路,并通过ITAE(integral of time-weightde absolute error)最优控制对系统控制回路的PID参数进行整定。对上反稳瞄系统构成进行分析,对控制系统的负载、陀螺和无刷力矩电机等闭环回路进行建模仿真;利用ITAE最优控制器对多闭环控制系统的PID控制参数进行调节;对系统添加随机干扰和单位阶跃响应,测试其相关性能。测试结果表明:相比传统的调整PID参数和单速度环控制系统,基于加速度多闭环ITAE最优控制器可以使系统抗扰动性能提高约78%,超调量减小约23%,摇摆稳定精度提高约29%,可较好地满足上反稳瞄系统稳定性能的要求。     

跟踪微分器在陀螺信号去噪方面的应用

为了提高航空光电稳定平台的视轴稳定精度,采用跟踪微分器作为滤波器,对输入信号进行滤波,改善随机噪声对控制精度带来的负面影响。跟踪微分器会产生相位延迟,根据它得到的滤波信号及其微分信号,采用预报方法对滤波后的信号进行补偿。算法不依赖对象模型,计算量较小,易于实现。本文阐述了该算法的离散数学表达式,给出数值仿真分析,并在某型航空光电稳定平台上进行实验验证。结果表明:相较于巴特沃斯滤波器,跟踪微分器提高了阶跃响应的性能,最大超调量减少10.5%,上升时间缩短了4.5 ms,调整时间缩短50 ms。基本满足控制系统的实时性、快速性、稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。研究表明跟踪微分器对于航空光电稳定平台的精度提高,有比较好的实用价值。     

基于双速度环观测器的光电平台稳定方法

本文设计了一种可以使光电伺服平台对目标对象进行高精度、稳定追踪的基于双速度环的扰动观测器,可以消除光电平台内部摩擦力矩、外部载体扰动以及传感器噪声的影响,提升系统的动态响应性能。首先,根据直流电机工作原理与负载模型,建立双速度环的数学控制模型。接着,通过分析多类型传感器的速度信号频谱和响应性能,选择噪声和延时较小的圆光栅代替传统测速设备,作为速度控制内环;同时选择光纤陀螺作为速度外环的反馈设备。然后,基于陀螺速度信号设计扰动观测器,对内速度环中的扰动补偿残差和外部载体扰动信号进行观测,并进行前馈信号补偿。实验结果表明,双速度环观测器的控制方法可以将系统调节时间降至原来的45%,在不同幅值（0.25°～2°）和频率（0.25 Hz～2 Hz）的正弦扰动信号下,该方法均能显著提高系统的扰动抑制能力,并将系统隔离度由原来的20.9 dB提升至30 dB。本文所提出的基于双速度环扰动观测器的控制方法满足光电跟踪平台快速响应、跟踪稳定、抗干扰能力强等要求。     

模糊自整定比例积分控制在空间三维纳米定位台的应用

介绍了一种空间三自由度纳米定位平台,其应用背景为光刻投影物镜波像差检测系统的精密对准,因此对定位精度和定位速度都提出了很高的要求。首先简要介绍了空间三维纳米定位台;然后将模糊控制同传统PI(比例积分)控制相结合,利用定位偏差和偏差变化率信息,通过模糊推理实时调整PI控制参数,并在VC++环境下实现了模糊自整定PI参数的控制算法。实验结果表明,该控制方法较常规PI控制器能够有效地提高响应速度,减小阶跃响应超调量,保证了控制的实时性。     

空间激光通信移动平台的自抗扰视轴稳定控制

分析空间激光通信移动平台角运动和框架偏转之间的速度耦合关系,给出克服移动平台角运动的视轴稳定方法,针对视轴稳定系统中存在的非线性、多干扰问题,应用自抗扰控制法对三轴视轴稳定系统进行分散独立控制,采用模糊理论对自抗扰控制器的相关参量进行自整定.仿真和模拟实验表明:在1Hz条件下,相对于参量辨识控制法,模糊自抗扰控制法的抗扰动隔离度提高了7.4dB;在模拟扫频实验条件下,将1~2Hz与2~4Hz的扰动实验区间进行比较,模糊自抗扰控制法的抗扰动隔离度下降仅2.2dB.模糊自抗扰控制具有较好的快速响应性、较小的超调和频率适应性,能够满足系统稳态准确度的要求,并能克服平台角运动耦合、不确定性扰动问题.     

模糊神经网络PID在数字舵机控制中的应用

针对某型号数字舵机系统在非线性时变的复杂条件下,传统的PID控制器响应速度慢,精度低,抗过载能力差的缺点,通过对模糊神经网络算法的研究,结合传统的PID控制器,设计了模糊神经网络PID控制器。分别将两种控制算法应用到舵机系统进行实验可以得出,模糊神经网络PID控制器使得舵机位置环阶跃响应上升时间从80ms减小到35ms,超调量从10％减小到小于5％,在频率特性测试中反馈曲线衰减从-2.79dB减小到-0.77dB,相移从65°减小到35°,同时系统非线性引起的畸变明显改善。     

一种线性速度估计器在光电跟踪系统伺服控制中的应用

高性能的伺服控制除了需要高质量的控制器,还需要高质量的反馈信息。对于光电跟踪系统,通过位置和电流传感器可以提供位置和电流信息,而速度信息则需要通过处理测量信息得到。传统的差分方法会放大位置信息中的量化噪声,从而降低光电跟踪系统的精度。介绍了全维状态观测器及其基本原理,结合伺服控制系统电机模型架构,设计了一种线性速度估计器,并讨论了其参数选择问题。采用抗积分饱和PI控制器和积分分离PI控制器作为三环控制回路的控制器,在某型号光电跟踪系统对该算法进行了实验。实验结果证明,采用该算法的伺服控制系统基本无超调,上升时间0．43s,稳定时间0．65s,跟踪精度为1．78″,完全满足实际工程要求。     

舰载光电系统高精度跟踪控制技术

在舰船摇摆条件下提高光电跟踪系统对目标动态跟踪精度，其控制系统设计的关键技术是隔离扰动和减小高速跟踪时的动态滞后误差。对几种陀螺反馈惯性空间稳定技术进行了详细叙述和对比，得到了采用高测量带宽的陀螺反馈回路可以有效提高系统隔离度，并推导出系统隔离度的计算公式。同时，介绍了计算机辅助跟踪技术的原理以及在陀螺反馈惯性稳定技术的基础上结合计算机辅助跟踪的综合控制技术在舰载光电设备上的应用。以数据说明了这种综合控制技术的有效性和实用性。     

基于改进CKF的光电跟踪伺服系统二阶滑模控制

传统的光电跟踪伺服系统滑模控制中,对目标位移信号微分以求取速度、加速度等运动状态的方法会影响控制的精度和稳定性。针对这一缺点,提出了基于改进容积卡尔曼滤波(CKF)的二阶滑模控制算法。基于系统原理,建立了系统模型;应用限定下界法改进了CKF算法以提高目标状态估计的准确度;应用超螺旋算法设计了二阶滑模控制器,并将滤波预测的目标状态作为系统输入进行仿真实验。结果表明,相对于传统的二阶滑模控制,所设计的控制方法提高了控制精度,减小了抖振,且具有更好的稳定性。     

光电系统扰动隔离度指标测试方法

在推导出光电跟踪仪扰动隔离度计算公式的基础上,给出了2种测试扰动隔离度的方法:基于模拟环境测试方案和载体平台测试方案。通过分析2种测试方案的试验数据,分别阐述了它们的优缺点和适用的场合,并指出速度环的带宽是影响双环路控制模式下系统隔离扰动能力的关键因素,最后提出了增加扰动隔离度的控制模式优化建议。     

机动平台光电跟踪系统的自抗扰控制研究

针对机动平台光电跟踪系统跟踪目标需具备较强动态抗扰能力的问题,提出了一种将包含了非线性跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈三个环节的结构完整的自抗扰控制器用于光电跟踪伺服系统的速度环的思路。针对某单轴稳定转台设计了二阶自抗扰控制器,并进行了仿真研究。结果表明,该控制器对外扰变化及系统模型不确定性具有良好的鲁棒性和适应性,且能有效抑制系统中存在的非线性因素的影响。     

浮球式惯导平台悬浮稳定问题的动力学建模与控制

以浮球式惯导平台的悬浮稳定为研究对象, 全面分析了平台的干扰特性, 建立了液浮支撑模型, 推导了在受扰条件下稳定部件的六自由度运动方程. 针对外部环境、流场阻力、模型参数不确定、未建模动态和测量噪声等干扰问题, 设计了基于高增益扩张观测器的滑模控制器. 数值仿真表明, 液浮稳定结构可以有效隔离外界干扰的影响, 提高平台的抗干扰能力; 所提出的控制方法可以有效抑制系统的抖振, 实现平台的高精度快速稳定控制. 与前期的研究相比, 控制器的动态响应和稳定性能提升了50%. 关键词： 浮球式惯导平台 悬浮稳定 高增益扩张观测器 滑模控制     

鲁棒PDF控制策略在永磁同步电机系统中的设计及仿真

对电机控制系统的经典反馈设计方案是建立在简化的受控对象模型基础之上,而实际模型参数的变化会引起控制系统性能的改变。本文针对实际应用的永磁同步电机,为了保证电机控制系统的强鲁棒性,通过对其系统灵敏度的理论推导,给出了一种新的控制器参数设计方法。该设计方法以系统灵敏度为评价指标来度量系统的鲁棒性,结合应用于二阶控制对象的伪微分反馈控制器结构,来削弱控制对象参数值的改变对控制系统性能的影响。并建立了精确的永磁同步电机仿真模型,将该方法应用于其速度控制。仿真结果表明在该控制方案下,在永磁同步电机的转动惯量和定子电阻值变化时具有较小超调量变化(小于4%)的响应特性。同时与普通PID控制对比分析,验证了用该方案设计的PMSM调速系统具有较高的抗参数变化的鲁棒性。     

抑制光束抖动的压电倾斜镜高带宽控制

提出了一种抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振的方法从而提高系统校正带宽和跟瞄精度.通过分析双二阶滤波器参数对频率特性的影响,提出了一种双二阶滤波器的设计方法,并把这种设计方法结合比例积分(PI)控制算法用于抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振.最后,对经典PI控制算法和增加了双二阶滤波器的PI控制算法进行了实验比较,在相同的条件下,增加了双二阶滤波器的PI控制带宽比经典PI控制带宽提高了近1倍,对平台抖动控制精度提高了5倍以上.实验结果表明:增加了双二阶滤波器的PI控制算法对抑制光束平台抖动和压电倾斜镜机械谐振简单有效,可以提高系统校正带宽和跟瞄精度.     

基于ACR9000控制器的自动光学检测平台设计 

针对自动光学检测（AOI）平台运行过程中的定位精度控制问题,提出了一种基于速度和加速度前馈控制与PID反馈控制的复合控制算法,该算法对输入量进行跟踪补偿控制以消除系统稳态误差,用于提高AOI平台定位精度。基于开放式的数控系统设计方法设计了AOI平台。在Matlab/Simulink环境下,构建了基于该复合控制算法的定位精度控制仿真模型,仿真结果验证了复合控制算法的有效性。将该复合控制算法作为ACR9000控制器的控制算法,并基于ACR9000控制器进行AOI平台实验研究。应用该AOI平台进行了印刷电路板（PCB）检测实验,实验结果表明文中复合控制算法能够提高AOI平台定位精度,AOI平台的定位精度满足印刷电路板检测要求,可以将该AOI平台用于印刷电路板检测。     

基于扰动源分类控制的二维陀螺平台过顶稳定方法

针对二维陀螺平台方位瞄准线控制在过顶位置时因驱动轴和敏感轴存在非线性约束导致的不稳定问题,分析了不同类型扰动源对方位瞄准线稳定的影响及其随俯仰角变化的规律,提出了基于扰动源分类控制的过顶稳定方法。该方法采用反馈和前馈双通道复合控制结构,在过顶位置时基于控制结构自身消除陀螺测量噪声放大导致的内生力矩扰动,通过增加前馈通道的滤波环节,抑制横滚扰动高频分量引起的力矩扰动,解决了过顶位置时方位驱动轴震荡的问题,同时通过反馈通道和前馈通道分别实现对方位扰动和横滚扰动低频分量的有效隔离。仿真结果表明,该方法能够大幅衰减陀螺测量噪声和横滚扰动高频分量引起的方位电机力矩扰动幅值,增强系统稳定性。最后通过某二维陀螺平台进行了实验,过顶位置时瞄准线方位经受振动条件下的稳定精度由82.4 μrad 减小为44.6 μrad,经受摇摆条件下的隔离度由?14.54 dB提升至?27.85 dB。实验结果验证了该方法能够有效提升过顶位置方位瞄准线的扰动隔离性能。     

基于滑模鲁棒算法的超低频主动隔振系统

振动噪声的有效隔离是冷原子重力仪的关键技术之一.为了减小冷原子重力仪中拉曼反射镜的振动噪声,研制了一套紧凑型低频主动隔振系统.其原理是利用滑模鲁棒控制系统处理和反馈由地震仪采集到的振动信号,利用音圈电机控制和消除被动隔振平台的运动.在0.1—10 Hz频域范围内,滑模鲁棒控制系统的残余振动噪声功率谱密度比被动隔振平台最大降低了99.9%,比超前滞后补偿控制方法最大降低了83.3%.滑模鲁棒控制算法还具有整定参数少、抗干扰能力强等特点.     

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Aiming at the program planning for chained high-voltage active power filter system in superconducting magnet power of stabilized intense magnetic fields, combing with the non-linear characteristics of active power filter system, a method adopting the fractional-order PI controller instead of ordinary PI controller was proposed to realize three capacitive equalizing control method, and based on the improved Oustaloup algorithm, the solution of fractional calculus was achieved. Through simulation and experimental comparison, the running effects of fractional-order PI controller and conventional PI controller was analyzed. According to simulation and experiment, this fractional-order PI controller is correct.