二自由度控制

摘要： 针对串级不稳定时滞过程提出了一种改进的二自由度Smith预估控制方法。该方法在副回路采用了内模PID控制,快速消除了副回路干扰对系统性能的影响。主回路采用了二自由度Smith预估控制方法,首先使用了PD控制器将不稳定时滞过程转换为稳定时滞过程,然后在设定值跟随控制回路中引入了通过Bode理想传递函数设计的分数阶控制器,增强了系统的鲁棒性,在干扰抑制回路中使用内模控制改善了系统的抗扰性。经仿真实验验证,该方法不仅参数整定简单,且能使系统具有良好的闭环性能与鲁棒性。

摘要： 针对传统单自由度PI控制系统难以兼顾抗扰特性和跟踪特性的缺陷,设计了一种基于误差判断的二自由度控制器并给出了参数整定方法。首先,通过简化电流环的数学模型得到转速环的控制目标;然后,采用多主导极点配置法和时域响应性能指标分别设计出二自由度控制器的PI参数;最后,在Simulink平台上搭建了仿真模型并采用基于模型设计(MBD)方式生成嵌入式代码。实验结果验证了所提出的二自由度控制方法的可行性和有效性。

摘要： 针对LCL型多逆变器并联系统的3类谐振问题,提出了一种降阶新型混合控制算法的谐振抑制策略.该谐振抑制策略基于逆变器分层控制结构,将电流预测模型控制与二自由度控制原理相融合.其中,电流内环控制层采用电流预测模型控制消除其PI控制器及PWM调节器,实现电流内环传递函数单位化;电压外环控制层利用二自由度控制原理,构建被控对象逆模型,实现电压外环传递函数单位化.控制层内、外环的传递函数单位化使谐振传递函数分子、分母间最高阶差降低,从而使得谐振传递函数的伯德图中无谐振尖峰.最后,基于MATLAB/Simulink平台进行仿真验证,结果表明面对不同的谐波源,所提策略均能够保证并网电流的总谐波畸变率小于4％,可有效抑制多逆变器并联系统的谐振.

摘要： 针对火电机组参与一次调频的功率控制系统,本文设计了二自由度(Two degree of freedom control,2DOF)控制方式,并且给定了控制器的参数.在控制器的设计过程中,通过改变测量变量等方法解决了涡轮机械功率无法测量的问题.最后仿真结果表明,与经典前馈反馈控制和内模控制相比,二自由度控制系统能够很好地满足系统自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)的要求,且性能优于上述两种控制系统.

摘要： 为应对新能源分布式发电系统接入所致的电网阻抗变化对并网逆变器稳定运行的影响, 提高其应对电网变化的能力, 提出含电网阻抗估测的并网逆变器二自由度控制策略.首先构建含电网阻抗的并网逆变器模型, 研究电网阻抗变化所致的阻抗失配对并网系统稳定性的影响;其次提出一种可独立调整跟随控制和抗扰控制的二自由度控制策略, 设计出跟随控制器及抗扰控制器, 采用非特征次谐波注入法实时估测电网阻抗, 给出含电网阻抗检测的完整二自由度控制方案;最后进行仿真研究和实验验证.结果表明:所提二自由度控制策略具有同时兼顾电流快速跟随和抗电网阻抗扰动能力, 可有效提高并网逆变器的稳定性.%The access of new energy distributed generation system into the grid will cause the grid impedance to change, which can affect the operation stability of grid-connected inverter seriously. In order to improve its ability to respond to the affection and variation in the grid, a two-degree-freedom control strategy with grid impendence detection was proposed in this paper. Firstly, a model of grid-connected inverter with grid impedance was built to explore the influence on the stability of the grid system which is caused by the impedance mismatch due to the grid impedance changes.Secondly, a two-degree-freedom control strategy which can adjust tracking and anti-interference control separately was proposed. Both the tracking controller and anti-interference controller were designed. The uncharacteristic harmonic injection method was adopted to detect the grid impedance in real time and a complete two-degree-freedom control scheme with grid impedance detection was given. Also, its tracking controller and active disturbances rejection controller were designed. Finally, a simulation for this model was carried out with Matlab/Simulink platform which was validated by the experiment results. The research results show that the proposed two-degree-freedom control strategy has the ability of both rapid current tracking and grid impedance disturbance resistance under different grid impedance conditions. It can enhance the stability of the grid-connected inverter effectively.

摘要： In order to shorten the power interruption duration of AMT,a time-overlapping gearshift system was developed based on the electromagnetic linear actuators. The structures and working principles of the electromagnetic linear actuators were presented. A coupling system model including mechanical,electric circuit and magnetic circuit subsystems was built. The characteristics of the actuator were analyzed by experiments. The time-overlapping control strategy was presented,and the position compound controller was designed based on the two-degree-of-freedom control principle. The simulation and experimental results show that the proposed position cascade controller achieves good response and disturbance rejection performance. When the speed difference is as 500 r/min and the synchronized equivalent inertia is as 0.01 kg·m2, gear-change from 2nd to 3rd,the time is about 130 ms,the time-overlapping control method has about 20ms time-saving,and the total time is reduced by more than 15％.%为解决电控机械式自动变速器(AMT)动力中断时间过长的问题,研制了一种基于电磁直线执行器的时序重叠换挡系统.介绍了关键部件电磁直线执行器的结构和工作原理,建立了机、电、磁耦合的系统模型,并通过实验进行了性能分析.提出了时序重叠换挡的控制策略,基于二自由度控制原理设计了位置复合控制器.仿真和实验结果表明,提出的位置复合控制器具有较好的系统响应和扰动抑制特性;在转速差为500 r/min、被同步惯量为0.01 kg·m2条件下,采用时序重叠换挡方式由2挡换至3挡的换挡时间约为130 ms,时序重叠控制减少时间约20 ms,换挡时间缩短15％以上.

摘要： For the vibration suppression of active magnetic bearing (AMB) high-speed flywheel rotor system,a control strategy based on inverse system decoupling and improved two-degree-of-freedom (2DOF) control was proposed in this paper.The AMB flywheel rotor system was decoupled by the inverse system method firstly,so that the AMB flywheel rotor system,which was a nonlinear,strong coupling system,was decoupled into four independent subsystems.Then,the decoupled subsystems were adjusted by the improved 2DOF controller,which can regulate the performances of set-point tracking and disturbance rejection,respectively.In the improved 2DOF controller,the damping control signal was obtained by velocity estimator,so that the ability of against noise can be improved.The stability,setpoint tracking and robustness of control strategy proposed were analyzed in theory,and its ability and effectiveness to control the vibration of AMB high-speed flywheel rotor system were further investigated by simulations and experiments.It is shown that the control strategy proposed can stably suspend the AMB high-speed flywheel rotor system and effectively suppress its vibrations,with the advantages of high stability,strong robustness,and good ability of against noise.%针对电磁轴承高速飞轮转子系统的振动抑制问题,提出了一种基于逆系统解耦和改进型二自由度控制的方法.首先采用逆系统方法对电磁轴承飞轮转子系统进行解耦,将非线性、强耦合的电磁轴承飞轮转子系统解耦为四个彼此独立的子系统,再用改进型二自由度控制器对解耦后的子系统进行整定,使控制系统的设定值跟踪及外扰抑制特性能够分别调节,并通过速度观测器获取阻尼控制信号,增强系统的抗噪声能力.从理论上分析了所提出控制算法的稳定性、设定值跟踪性能及鲁棒性,并对其性能进行了仿真和实验验证.结果表明,该文提出的控制算法能够使飞轮转子稳定悬浮并有效抑制其振动,具有稳定性好、鲁棒性强、抗噪声能力强等优点.

摘要： 本文将开闭环综合的迭代学习控制结构转换为二自由度控制结构,从而可采用常规的二自由度控制设计方法进行迭代学习控制设计。针对含有不确定性的线性系统,将迭代学习控制的设计问题转化为经典的H∞优化设计问题,并利用结构奇异值理论和鲁棒性能的μ综合方法得到了相应的鲁棒迭代学习控制算法。最后针对直流伺服电机系统给出算法的仿真结果。

摘要： 针对某些控制系统中对象的参数会随时间剧烈变化的特点，可通过添加一个补偿器来降低系统对参数变化的灵敏度，从而使得系统常规控制器和补偿器的参数可以独立设计－－即所谓的二自由度控制。该文提出了一种新的补偿器结构，并进行仿真研究。

摘要： 本文提出了一种单元制发电机组协调控制系统的工程化设计方法,该方法按照一个通用的结构形式辨识出单元机组的多变量动态数学模型,基于该模型,应用串联解耦原理和二自由度控制结构,设计出具有PID形式的单元机组协调控制系统,进而结合理论推导和工程试验,给出系统中各相关参数的整定调试步骤.本设计方法条理清晰、实用性强,适于工程应用,工程技术人员可以针对不同类型的单元制机组,方便地构建出相应的协调控制系统,并结合工程试验,有效地整定出系统中的相关参数.在500MW燃煤机组非线性模型上的仿真试验证明了该协调控制系统的负荷跟踪能力、抗干扰性能及鲁棒性.

摘要： 本文针对直接驱动的永磁直线同步电动机,提出了H∞鲁棒控制和滑模控制相结合的二自由度控制策略,解决了直线伺服系统跟踪性能与鲁棒性能之间的矛盾.滑模控制器保证了系统对给定的快速跟踪性能;而H∞鲁棒控制器抑制了闭环内的扰动,并可削弱滑模控制的抖振对系统稳态性能的影响.仿真结果表明该方案在保证系统快速性的同时,对参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.

摘要： 研究了含有线性时变不确定性系统的最优稳态跟踪控制问题，所考虑的参考信号和外部干扰为一类动态特征多项式固定的信号集合。采用二自由度控制策略和Youla参数化方法，将控制器的设计问题分为名义系统的无静差有限拍控制设计和考虑有限忘记线性时变不确定性的最优稳态跟踪设计，对名义系统的设计结果为一个有限拍控制器的集合，利用该控制器集合及Khammash的稳态跟踪误差的解析表达式将最优稳态跟踪设计问题转化为一个有限维l优化问题，最后化为线性规划问题来求解。该文提出的设计方法算法简单有效。

摘要： 本文针对典型工业过程控制对象,扩展了基于干扰检测的控制思想,与二自由度PID控制相结合,提出了一种新的二自由度PID调节器的设计方法.所设计的调节器结构简单,参数整定方例,可使时滞和非时滞系统都具有良好的目标值跟踪特性和干扰抑制特性,仿真研究结果表明了它的有效性.

摘要： 本文针对典型工业过程控制对象,扩展了基于干扰检测的控制思想,与二自由度PID控制相结合,提出了一种新的二自由度PID调节器的设计方法.所设计的调节器结构简单,参数整定方例,可使时滞和非时滞系统都具有良好的目标值跟踪特性和干扰抑制特性,仿真研究结果表明了它的有效性.

摘要： 本文针对典型工业过程控制对象,扩展了基于干扰检测的控制思想,与二自由度PID控制相结合,提出了一种新的二自由度PID调节器的设计方法.所设计的调节器结构简单,参数整定方例,可使时滞和非时滞系统都具有良好的目标值跟踪特性和干扰抑制特性,仿真研究结果表明了它的有效性.

摘要： 本文针对典型工业过程控制对象,扩展了基于干扰检测的控制思想,与二自由度PID控制相结合,提出了一种新的二自由度PID调节器的设计方法.所设计的调节器结构简单,参数整定方例,可使时滞和非时滞系统都具有良好的目标值跟踪特性和干扰抑制特性,仿真研究结果表明了它的有效性.

摘要： 本文针对典型工业过程控制对象,扩展了基于干扰检测的控制思想,与二自由度PID控制相结合,提出了一种新的二自由度PID调节器的设计方法.所设计的调节器结构简单,参数整定方例,可使时滞和非时滞系统都具有良好的目标值跟踪特性和干扰抑制特性,仿真研究结果表明了它的有效性.

摘要： 本发明公开了一种包括二自由度执行机构的自由度多方位微动台，包括底座、液压杆和微动台面，所述底座的内部从外到内依次开设有导向腔和定位腔，所述第一音圈电机定子的内部活动安装有第一音圈电机输出轴，且第一音圈电机定子的内壁上固定安装有第一环形气浮垫，所述定位杆的下端活动安装于导向腔的内部，所述导杆之间固定有第二音圈电机定子，且第二音圈电机定子的中部固定连接有第二音圈电机输出轴的一端，所述底座设置于微动台面的顶部。该包括二自由度执行机构的自由度多方位微动台，减少自由度使用调节时的摩擦导致动能消耗，提高定位精度和使用减震效果，并且方便微动台的使用多方位定位安装。

摘要： 本发明提出二自由度位移测量的法布里珀罗光栅干涉仪及其测量方法和六自由度干涉仪，所述二自由度位移测量干涉仪包括激光光源、分光镜、光栅、二自由度位移发生装置、用于形成第一F‑P腔具有部分透射表面1的光学器件、用于形成第二F‑P腔具有部分透射表面2的光学器件、光电探测模块1、光电探测模块2和信号处理模块；本发明所述二自由度位移测量干涉仪及其测量方法将可动的光栅作为被测目标腔镜，两F‑P腔基本单元对称放置，实现以光栅栅距为基准的、对光栅面内平动位移的测量和以激光波长‑光栅栅距为基准的、对垂直光栅面的运动的测量。本发明还以二自由度F‑P光栅干涉仪作为测头，以四测头布局实现对光栅平面的六自由度测量。

摘要： 本发明公开了一种二自由度和三自由度可转换的球关节结构，包括：具有容置腔的外壳体；位于所述外壳体的容置腔内且可在所述容置腔内转动的中空球体，所述球体的下半球面上开设有一槽体；竖直插设在所述外壳体内且位于所述球体下方、轴心线通过所述球体球心的限动销柱；设置在所述外壳体内用于驱使所述限动销柱做竖直方向的直线往复运动的第一蜗轮蜗杆组件；其中，所述第一蜗轮蜗杆组件驱使所述限动销柱的顶部插入或是退出所述槽体以实现所述球体转动自由度的调节。该二自由度和三自由度可转换的球关节结构具有结构简单、调节方便的优点。

摘要： 本发明公开了可分解为单自由度遥操作装置的二自由度虚拟力反馈装置，4根圆立柱连接面板和底板形成大台架，大力矩电机垂直固联于面板下；装有力和加速度传感器的大单摆臂经第一联轴套固联于大力矩电机转轴上端，该转轴下端接角位移传感器；下接圆立柱的4根短立柱支撑由4根小立柱连接小面板和基座板形成的小台架，小力矩电机安装在位于小台架下方的小面板上，大、小力矩电机的轴心线重合；摩擦传动轮经第三联轴套固联于小力矩电机转轴；类似大单摆臂的小单摆臂的根部固联于垂直安装在大单摆臂端部的传动轮轴上端，传动轮轴与摩擦传动轮由钢丝连接。该装置可分解为主从式单自由度遥操作装置，有一机两用、使用灵活、装卸方便、低成本的特点。

摘要： 本发明公开了一种基于二自由度超声电机的六自由度并联运动平台，包括超声电机底座模块、并联运动平台模块和万向旋转支承杆模块。本发明采用超声电机与并联运动平台结合的设计，使上活动平台实现六个自由度的高精度瞬时运动，包括横向移动、纵向移动、升降、俯仰、偏航和横滚，解决了六自由度并联运动平台工作时不便调节和工作精度不高的问题；万向旋转支撑杆模块采用上端球副，中间燕尾滑槽配合和下端万向节副的运动副结构，以实现万向旋转支承杆在多个方向的灵活调整，对上活动平台起到辅助支撑作用，增强结构刚度；通过螺栓连接加装外壳的设计，以起到防尘、降噪和保护内部零件的功能。

摘要： 本发明提出二自由度位移测量的法布里珀罗光栅干涉仪及其测量方法和六自由度干涉仪，所述二自由度位移测量干涉仪包括激光光源、分光镜、光栅、二自由度位移发生装置、用于形成第一F‑P腔具有部分透射表面1的光学器件、用于形成第二F‑P腔具有部分透射表面2的光学器件、光电探测模块1、光电探测模块2和信号处理模块；本发明所述二自由度位移测量干涉仪及其测量方法将可动的光栅作为被测目标腔镜，两F‑P腔基本单元对称放置，实现以光栅栅距为基准的、对光栅面内平动位移的测量和以激光波长‑光栅栅距为基准的、对垂直光栅面的运动的测量。本发明还以二自由度F‑P光栅干涉仪作为测头，以四测头布局实现对光栅平面的六自由度测量。

摘要： 本发明公开了一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，包括底座、液压杆和微动台面，所述底座的内部从外到内依次开设有导向腔和定位腔，所述第一音圈电机定子的内部活动安装有第一音圈电机输出轴，且第一音圈电机定子的内壁上固定安装有第一环形气浮垫，所述定位杆的下端活动安装于导向腔的内部，所述导杆之间固定有第二音圈电机定子，且第二音圈电机定子的中部固定连接有第二音圈电机输出轴的一端，所述底座设置于微动台面的顶部。该电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，减少自由度使用调节时的摩擦导致动能消耗，提高定位精度和使用减震效果，并且方便微动台的使用多方位定位安装。

摘要： 本发明公开了一种二自由度和三自由度可转换的球关节结构，包括：具有容置腔的外壳体；位于所述外壳体的容置腔内且可在所述容置腔内转动的中空球体，所述球体的下半球面上开设有一槽体；竖直插设在所述外壳体内且位于所述球体下方、轴心线通过所述球体球心的限动销柱；设置在所述外壳体内用于驱使所述限动销柱做竖直方向的直线往复运动的第一蜗轮蜗杆组件；其中，所述第一蜗轮蜗杆组件驱使所述限动销柱的顶部插入或是退出所述槽体以实现所述球体转动自由度的调节。该二自由度和三自由度可转换的球关节结构具有结构简单、调节方便的优点。

摘要： 本发明公开了一种二自由度正交式机器人关节模块及六自由度机械臂，其特征是：在由基座和壳体构成的中空腔内，独立设置第一动力单元和第二动力单元，第一动力单元和第二动力单元是结构相同的单自由度动力单元，第一动力单元和第二动力单元的动力输出轴相互垂直。本发明中二自由度关节模块将两个方向的驱动、传感和控制等部件集成，单个关节能够提供两个方向的动力输出，其结构紧凑、集成度高、综合能耗更低，将为轻质高效工业机器人和服务机器人机械臂的开发提供关键部件，极大地有利于促进工业机器人的升级换代和服务机器人的应用推广。

摘要： 本发明公开了可分解为单自由度遥操作装置的二自由度虚拟力反馈装置，4根圆立柱连接面板和底板形成大台架，大力矩电机垂直固联于面板下；装有力和加速度传感器的大单摆臂经第一联轴套固联于大力矩电机转轴上端，该转轴下端接角位移传感器；下接圆立柱的4根短立柱支撑由4根小立柱连接小面板和基座板形成的小台架，小力矩电机安装在位于小台架下方的小面板上，大、小力矩电机的轴心线重合；摩擦传动轮经第三联轴套固联于小力矩电机转轴；类似大单摆臂的小单摆臂的根部固联于垂直安装在大单摆臂端部的传动轮轴上端，传动轮轴与摩擦传动轮由钢丝连接。该装置可分解为主从式单自由度遥操作装置，有一机两用、使用灵活、装卸方便、低成本的特点。