高精度稳定平台伺服系统的自抗扰控制

高精度稳定平台伺服系统的自抗扰控制
高精度稳定平台伺服系统的自抗扰控制

稳定平台系统设计要点

技术论文学校:南京理工大学队伍:7046 指导老师:李军 成员1:雷杨成员2:陈舒思成员3:邝平作品名称:高精度稳定平台控制系统

摘要 稳定平台能够隔离载体角运动,在载体机动状态下建立稳定基准面,使安装在平台上的光电设备不会因载体运动产生的抖动和滚动而丢失目标,保证光电设备准确瞄准和跟踪目标,因此广泛应用于民用和军事领域。 设计的高精度稳定平台控制系统是以动力调谐陀螺仪为速度敏感元件,旋转变压器为角度测量元件,DSP控制器TMS320F28335为主控芯片,直流力矩电机为被控对象的闭环控制系统。根据所需关键器件的选型设计了系统的硬件电路,包括速度和角度信号采样电路、电机驱动电路、通信电路等。采用电流环和位置环的双闭环控制方式实现系统载体静止时的伺服控制;采用电流环、速度环和位置环的三闭环控制方式实现系统在载体运动时的稳定控制。以上两种控制模式下的角度控制精度都能够达到0.05mrad,载体运动时系统稳定控制模式下隔离扰动效果很好。 实测结果表明,该系统硬件结构简单,稳定性好,实时性强,具有良好的稳态和动态性能,能够满足稳定平台系统的性能要求。 关键词:稳定平台DSP 陀螺仪伺服控制

目录 1. 作品创意 (1) 2. 方案设计与论证 (1) 2.1 主控芯片的选择与论证 (2) 2.2陀螺的选择与论证 (3) 2.3 力矩电机的选择与论证 (3) 2.4 位置检测元件的选择与论证 (3) 3. 系统硬件与原理图设计 (4) 3.1 最小系统外围电路 (4) 3.2 旋转变压器-数字转换器电路 (5) 3.3 滤波采样电路 (6) 3.4 电机驱动电路 (7) 3.5 通信电路 (8) 3.6 闭锁电路 (9) 3.7 电源隔离电路 (9) 4. 软件设计与流程 (10) 4.1 主程序框架 (10) 4.2中断程序设计 (10) 5. 系统测试与分析 (13) 5.1 系统调试环境 (13) 5.2 系统静止状态下伺服控制调试结果 (13) 5.3 系统运动状态下稳定控制调试结果 (15) 6.作品难点与创新 (18) 6.1难点 (18) 6.2创新点 (18)

自抗扰算法介绍报告

自抗扰算法(ADRC )介绍报告 自抗扰控制器自PID 控制器演变过来,采取了PID 误差反馈控制的核心理念。传统PID 控制直接引取输出于参考输入做差作为控制信号,导致出现响应快速性与超调性的矛盾出现。自抗扰控制器主要由三部分组成:跟踪微分器(tracking differentiator),扩展状态观测器 (extended state observer) 和非线性状态误差反馈控制律(nonlinear state error feedback law)。跟踪微分器的作用是安排过渡过程,给出合理的控制信号,解决了响应速度与超调性之间的矛盾。扩展状态观测器用来解决模型未知部分和外部未知扰动综合对控制对象的影响。虽然叫做扩展状态观测器,但与普通的状态观测器不同。扩展状态观测器设计了一个扩展的状态量来跟踪模型未知部分和外部未知扰动的影响。然后给出控制量补偿这些扰动。将控制对象变为普通的积分串联型控制对象。设计扩展状态观测器的目的就是观测扩展出来的状态变量,用来估计未知扰动和控制对象未建模部分,实现动态系统的反馈线性化,将控制对象变为积分串联型。非线性误差反馈控制律给出被控对象的控制策略。系统结构框图如图1 图1 过程和扩张状态观测器方程: 1y x =22302220(1)()*(()*(,,)*())z k z k h z k fal b u k βεαδ+=+-+1120111(1)()*(()*(,,))z k z k h z k fal βεαδ+=+-12212;()();()(,,,)x x x a t u t a t f x x t ω==+= 330312(1)**(,,) z k z h fal βεαδ+=-

控制系统仿真实验报告

哈尔滨理工大学实验报告 控制系统仿真 专业:自动化12-1 学号:1230130101 姓名:

一.分析系统性能 课程名称控制系统仿真实验名称分析系统性能时间8.29 地点3# 姓名蔡庆刚学号1230130101 班级自动化12-1 一.实验目的及内容: 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程; 2. 熟悉闭环系统稳定性的判断方法; 3. 熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取。 二.实验用设备仪器及材料: PC, Matlab 软件平台 三、实验步骤 1. 编写MATLAB程序代码; 2. 在MATLAT中输入程序代码,运行程序; 3.分析结果。 四.实验结果分析: 1.程序截图

得到阶跃响应曲线 得到响应指标截图如下

2.求取零极点程序截图 得到零极点分布图 3.分析系统稳定性 根据稳定的充分必要条件判别线性系统的稳定性最简单的方法是求出系统所有极点,并观察是否含有实部大于0的极点,如果有系统不稳定。有零极点分布图可知系统稳定。

二.单容过程的阶跃响应 一、实验目的 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程 2. 了解自衡单容过程的阶跃响应过程 3. 得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线 二、实验内容 已知两个单容过程的模型分别为 1 () 0.5 G s s =和5 1 () 51 s G s e s - = + ,试在 Simulink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 三、实验步骤 1. 在Simulink中建立模型,得出实验原理图。 2. 运行模型后,双击Scope,得到的单位阶跃响应曲线。 四、实验结果 1.建立系统Simulink仿真模型图,其仿真模型为

伺服系统介绍.doc

一、相关概念 伺服系统(servomechanism)又称随动系统,是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。 在机器人中,伺服驱动器控制电机的运转。驱动器采用速度环,位置环,电流环三环闭环电路,内部还设有错误检出和保护电路。驱动器通过通信连接器,控制连接器,编码连接器跟外部输入信号和输出信号相连。通信连接器主要用于跟电脑或控制器通信。控制连接器用于跟伺服控制器联接,驱动器所需的输入信号、输出信号、控制信号和一些方式选择信号都通过该控制连接器传输,它是驱动器最为关键的连接器。编码连接器跟电机编码器连接,用于接收编码器闭环反馈信号,即速度反馈和换向信号。 伺服电机主要用于驱动机器人的关节。关节越多,机器人的柔性和精准度越高,所需要使用的伺服电机的数量就越多。机器人对伺服电机的要求非常高,必须满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽,要适应机器人的形体做到体积小、重量轻,还必须经受频繁的正反向和加减速运行等苛刻的条件,做到高可靠性和稳定性。伺服电机分为直流、交流和步进,工业机器人用的较多的是交流。 机器人用伺服电机

二、伺服系统的技术现状 2.1视觉伺服系统 随着机器人技术的迅猛发展,机器人承担的任务更加复杂多样,传统的检测手段往往面临着检测范围的局限性和检测手段的单一性.视觉伺服控制利用视觉信息作为反馈,对环境进行非接触式的测量,具有更大的信息量,提高了机器人系统的灵活性和精确性,在机器人控制中具有不可替代的作用。 视觉系统由图像获取和视觉处理两部分组成,图像的获取是利用相机模型将三维空间投影到二维图像空间的过程,而视觉处理则是利用获取的图像信息得到视觉反馈的过程。基本的相机模型主要包括针孔模型和球面投影模型,统一化模型是对球面模型的推广,将各种相机的图像映射到归一化的球面上。视觉伺服中的视觉反馈主要有基于位置、图像特征和多视图几何的方法。 其中,基于位置的方法将视觉系统动态隐含在了目标识别和定位中,从而简化了控制器的设计,但是一般需要已知目标物体的模型,且对图像噪声和相机标定误差较为敏感。基于图像特征的视觉反馈构造方法,其中基于特征点的方法在以往的视觉伺服中应用较为广泛,研究较为成熟,但是容易受到图像噪声和物体遮挡的影响,并且现有的特征提取方法在发生尺度和旋转变化时的重复性和精度都不是太好,在实际应用中存在较大的问题。因此,学者们提出了基于全局图像特征的视觉反馈方法,利用更多的图像信息对任务进行描述,从而增强视觉系统的鲁棒性,但是模型较为复杂,控制器的设计较为困难,且可能陷入局部极小点。目前针对这一类系统的控制器设计的研究还比较少,一般利用局部线性化模型进行控制,只能保证局部的稳定性。多视图几何描述了物体多幅图像之间的关系,间接反映了相机之间的几何关系。相比于基于图像特征的方法,多视图几何与笛卡尔空间的关系较为直接,简化了控制器的设计。常用的多视图几何包括单应性、对极几何以及三焦张量。 2.2伺服系统控制技术 现代的机器人伺服系统多采用交流伺服驱动系统,而且正在逐渐向数字化方向转变。数字控制技术已经五孔不入,如信号处理技术中的数字滤波、数字控制器,把功能更加强大的控制器芯片已经各种智能处理模块应用到工业机器人交流伺服系统中,可以实现更好的控制性能。 最近几十年,由于微电子技术的进步,各种方便用户开发的微控制器与数字信号处理器件大量涌现市场,为各种先进的智能控制算法在控制系统中的应用提供了可能。如今,各种新型的伺服控制策略大量涌现,大有与传统控制策略一较高低的趋势下面简单介绍几种: 1)矢量控制矢量控制技术的提出,为交流伺服驱动系统的快速进步提供了理论支持。矢量控制技术的主要原理为:以转子旋转磁场作为参考系,将电动机定子矢量电流经过两次坐标变换分解为直轴电流和交轴电流分量,且使两电流分量相互正交,同时对交直轴电流分量的

新adrc自抗扰控制技术

3.3自抗扰控制技术的MATLAB仿真 自抗扰控制技术是由韩京清教授根据多年实际控制工程经验提出的新的控制理论。在传统的工业和其他控制领域,PID一直占据主导地位。目前,PID 在航空航天、运动控制及其他过程控制领域,仍然占据90%以上的份额。但是,PID自身还是存在缺陷,而韩京清教授正是出于对P1D控制算法的充分认知,尤其是对其缺陷的清晰分析,提出了自抗扰控制技术。 3.3.1自抗扰控制技术概述 自抗扰控制技术的提出是根据对PID控制技术的充分认知,扬其优点,抑其缺点而提出的。传统PID控制技术应用领域很广泛,其控制结构如图3-9所示。 图3-9 传统PID结构 其中, ? + + ? =e k e k d e k u t 2 1 ) (τ τ。众所周知,PID控制原理是基于误差来生成 消除误差控制策略:用误差的过去、现在和变化趋势的加权和消除误差。其优点有:靠控制目标与实际行为之间的误差来确定消除此误差的控制策略,而不是靠被控对象的“输入一输出”关系,即不靠被控对象的“输入-输出”模型来决定控制策略,简单易行,只要选择PID增益使闭环稳定,就能使对象达到静态指标。当然PID控制仍有缺点,其缺点如下 1、采用PID校正系统闭环动态品质对PID增益的交化太敏感,当被控对象处于变化的环 境中时,根据环境的变化经常需要变动PID的增益。 2、“基于误差反馈消除误差”是PID控制技术的精髓,但实际情况中直接取目标与实际 行为之间的误差常常会使初始控制力太大而使系统行为出现超调,而这正是导致使用PID控制技术的闭环系统产生“快速性”和“超调”不可调和矛盾的主要原因。3、PID是用误差的比例、积分、微分的加权和形式来形成反馈控制量的,然而在很多场 合下,由于没有合适的微分器,通常采用PI控制规律,限制了PID的控制能力。 4、PID是用误差的过去、现在和将来的适当组合来产生程制量的。经典PID一般采用线 性取和方法,但是实际系统多为非线性系统,所以非线性拉制器更适合实际情况。5、PID中的误差积分反馈对抑制常值扰动确实有效,但在无扰动作用时,误差积分反馈

复杂过程控制系统设计与Simulink仿真

银河航空航天大学 课程设计 (论文) 题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿 真 班级 学号 学生姓名 指导教师

目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)

复杂过程控制系统设计与Simulink仿真 姬晓龙银河航空航天大学自动化分校 摘要:本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计,以此来深化对复杂过程控制系统的理解,体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型,学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法,为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。 关键字:串级;前馈;解耦;建模;Simulink。 0.前言 单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题,在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展,对产品的产量、质量,对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求,这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻,从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此,需要在单回路的基础上,采取其它措施,组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统,如串级控制(双闭环控制)、前馈控制大滞后系统控制(补偿控制)、比值控制(特殊的多变量控制)、分程与选择控制(非线性切换控制)、多变量解耦控制(多输入多输出解耦控制)等等。从结构上看,这些控制系统由两个以上的回路构成,相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器,以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”,以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。 计算机仿真是在计算机上建立仿真模型,模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析,得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真,为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验,仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础,主要用数学模型代替实际控制系统,以计算机为工具,对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时,十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大,先进过程控制的出现,就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink,这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具,使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。

基于自抗扰控制(ADRC)的无刷直流电机控制与仿真

一、研究意义 1.研究意义 由于无刷直流电机在四旋翼飞行器控制中的关键作用以及在生产实践中日益广泛的应用,设计快速且平稳的控制系统成为首要任务。目前, 基于现代控制理论的高性能异步电机调速方法主要是依靠精确的数学模型加上传统的P ID控制。PID控制实际应用效果较好,但又无法避免对负载变化的适应能力差、抗干扰能力弱和受系统参数变化影响等弱点,而且交流调速系统具有非线性、强耦合、多变量及纯滞后等特性, 很难用精确的数学模型描述, 这就使得基于精确数学模型的传统控制方法面临严重的挑战。另外, 经典P ID控制需要根据运行工况的不同而调节控制器参数, 无刷直流电机又具有数学模型复杂,非线性等特点,这给现场调试增加了难度。 2.国内外研究状况及发展 (1)无刷直流电机基本控制方法 无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器(或集电环)的电机,又称无换向器电机。 直流无刷电动机的电机本身是机电能量转换部分,无刷电机的转子上装有永磁体,定子上是电枢,与有刷电机正好是相反的。它除了电机电枢、永磁励磁两部分外,还带有传感器。电机本身是直流无刷电机的核心,它不仅关系到性能指标、噪声振动、可靠性和使用寿命等,还涉及制造费用及产品成本。由于采用永磁磁场,使直流无刷电机摆脱一般直流电机的传统设计和结构,满足各种应用市场的要求,并向着省铜节材、制造简便的方向发展。 直流无刷驱动器包括电源部及控制部,电源部提供三相电源给电机,控制部则依需求转换输入电源频率。 电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220 V),如果输入是交流电就得先经转换器(converter)转成直流。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器(inverter)转成3相电压来驱动电机。换流器(inverter)一般由6个功率晶体管(V1~V6)分为上臂(V1、V3、V5)/下臂(V2、V4、V6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制,所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall-sensor),做为速度之闭回路控制,同时也做为相序控制的依据。但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。电机驱动电路如图?所示。 图1 无刷直流电机的控制电路

自动控制原理及系统仿真课程设计

自动控制原理及系统仿 真课程设计 学号:1030620227 姓名:李斌 指导老师:胡开明 学院:机械与电子工程学院

2013年11月

目录 一、设计要求 (1) 二、设计报告的要求 (1) 三、题目及要求 (1) (一)自动控制仿真训练 (1) (二)控制方法训练 (19) (三)控制系统的设计 (23) 四、心得体会 (27) 五、参考文献 (28)

自动控制原理及系统仿真课程设计 一:设计要求: 1、 完成给定题目中,要求完成题目的仿真调试,给出仿真程序和图形。 2、 自觉按规定时间进入实验室,做到不迟到,不早退,因事要请假。严格遵守实验室各项规章制度,实验期间保持实验室安静,不得大声喧哗,不得围坐在一起谈与课程设计无关的空话,若违规,则酌情扣分。 3、 课程设计是考查动手能力的基本平台,要求独立设计操作,指导老师只检查运行结果,原则上不对中途故障进行排查。 4、 加大考查力度,每个时间段均进行考勤,计入考勤分数,按照运行的要求给出操作分数。每个人均要全程参与设计,若有1/3时间不到或没有任何运行结果,视为不合格。 二:设计报告的要求: 1.理论分析与设计 2.题目的仿真调试,包括源程序和仿真图形。 3.设计中的心得体会及建议。 三:题目及要求 一)自动控制仿真训练 1.已知两个传递函数分别为:s s x G s x G +=+= 22132)(,131)(

①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示; MATLAB代码: num=[1] den=[3 1] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) num=[2] den=[3 1 0] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) 仿真结果: num =2 den =3 1 0 Transfer function: 2 --------- 3 s^2 + s

自抗扰控制技术简介

自抗扰控制技术简介 1.自抗扰控制技术概述 1.1 什么是自抗扰控制技术 自抗扰控制器(Auto/Active Disturbances Rejection Controler,ADRC)技术,是发扬PID控制技术的精髓并吸取现代控制理论的成就,运用计算机仿真实验结果的归纳和总结和综合中探索而来的,是不依赖被控对象精确模型的、能够替代PID控制技术的、新型实用数字控制技术。 1.2 自抗扰控制技术的提出者——韩京清 韩京清,朝鲜族, 1937生,系统与控制专家,中国科学院数学与系统科学研究院系统科学研究所研究员、博士生导师,长期从事控制理论与应用研究工作,是我国控制理论和应用早期开拓者之一。 韩京清先生于1998年正式提出自抗扰控制这一思想。在这个思想提出之后,国内外许多研究者都围绕着“自抗扰控制”展开实际工程应用的研究。同时,自抗扰控制的理论分析的研究也在不断的深入。 1.3 自抗扰控制技术的特点和优点 (1)自抗扰控制器采用“观测+补偿”的方法来处理控制系统中的非线性与不确定性,同时配合非线性的反馈方式,提高控制器的动态性能。 (2)自抗扰控制器算法简单、易于实现、精度高、速度快、抗扰能力强。 (3)统一处理确定系统和不确定系统的控制问题;扰动抑制不需外扰模型或者外扰是否观测;控制算法不需辨识控制对象;统一处理非线性和线性系统;可以进行时滞系统控制;解耦控制只要考虑静态耦合,不用考虑动态耦合等。 2.自抗扰控制技术提出的背景

2.1 现代控制理论的缺点和改进 现代控制理论以状态变量描述为基础,以状态反馈实现极点配置来改善全局动态特性的问题。因而,此种控制的主要手段是状态反馈。“这种全局控制方法需要知道关于开环动态特性的先验知识和状态变量的信息,这在许多工程实际中是很不现实的,因为工程实际提供不了有关开环动态特性的多少先念知识,因此这种全局控制方法是很难在实际中得到应用。”这就是现代控制理论的缺点,这也限制了这种控制方法在工程实际中的应用。 事实上,要实现控制目的,不一定要知道系统的开环动态特性。实现控制的主要目的是施加控制力,使目标值与输出值之间的误差衰减下去,因而只需要知道开环动态特性的具体表现量。这就是将状态反馈的理念转换为误差反馈的理念。图(1)、图(2)是这两种控制方式的框图。 图(1)基于状态反馈的全局控制方法 图(2)基于误差反馈的“过程的控制” 2.2 PID控制的优缺点 PID控制的主要优点是:“不用被控对象的精确模型,只用控制目标与对象实际行为的误差来产生消除此误差的控制策略的过程控制思想,是PID留给人类的宝贵思想遗产,是PID控制技术的精髓。”也正是因为这个原因,PID控制才能在控制工程实践中得到广泛有效的应用。

基于PLC的控制系统仿真平台的应用

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/9a621155.html, 基于PLC的控制系统仿真平台的应用 作者:罗卫东 来源:《卷宗》2012年第02期 摘要:仿真软件在PLC设计中占有举足轻重的地位,因为对于PLC系统的新编程序来说实际操作会有很大的风险,PLC的一个错误指令就会造成设备和操作人员不可预计的伤害。在网络上,用户可以安装这种软件,从开放式的资料库中获取所需要的各种功能部件。本文就从仿真软件在网络以及PLC设计中的应用方面来进行探索。 关键词:仿真软件;网络应用;PLC设计 仿真软件是通过建立网络设备和网络链路达到网络应用的标准,这是种通过模拟网络流量就可以获取到网络设计中所需要的相关数据的仿真软件。现阶段,我国工业发展都朝着高速大型化和自动化的方向发展,重大生产设备的运用使得成本日益增高,对运行操作人员素质要求也日益提高。由于仿真系统可以近乎真实的贴近现场实际,同时因为不需要到现场实际节省了很大的操作空间,而快速提高了现场的调试效率,降低了用于调试系统的费用和风险。 一、仿真软件的功能 1、控制程序运行 在PLC设计中仿真软件可以仿真其过程映像的输入输出,在仿真窗口改变运行程序的输入变量的ON/OFF状态进行控制程序,观察输出的变量状态能否符合要求、程序运行能否达到正确运行的目标,起到监视程序运行结果的作用。 2、防止程序出错 在程序运行过程中,仿真软件会通过对程序的检测修改定时器、计数器等。也可以通过程序自动运行或手动复位定时器。这样的检测不仅能够发现程序中的错误和缺陷,还可以使PLC 设计更加的完美。也可以在PLC设计过程中使用软件来改变它的控制过程,而PLC使用者对程序的编写和调试是必不可少的。 3、拥有储存记忆功能 仿真软件模拟是针对软元件、缓冲存储器、外设输入/出的读写。它的这项功能既可以存储PLC内的软元件、存储器的缓冲存储器的数据,并可以将这种数据使用到以后的调试工作中。如果用户想要收集相关网络设备中的某些特殊代码时,可以通过层次上的编程来收集自己感兴趣的网络代码。但在网络信息相对复杂的环境下,使用者的程序必须进行现场调试,而在这个过程中往往会出现一些差错,使用者直接将程序应用到实际操作系统中进行控制调试的话,会被设备带来一定的未知风险。

船舶稳定平台解决方案

船舶稳定平台解决方案 陀螺稳定平台(gyroscope-stabilized platform)利用陀螺仪特性保持平台台体方位稳定的装置。简称陀螺平台、惯性平台。用来测量运动载体姿态,并为测量载体线加速度建立参考坐标系,或用于稳定载体上的某些设备。它是导弹、航天器、飞机和舰船等的惯性制导系统和惯性导航系统的主要装置。 稳定平台作为一种安放在运动物体上的设备,具有隔离运动物体扰动的功能。稳定平台在航空航天、工业控制、军用及商用船舶中都有比较广泛的用途,例如航拍、舰载导弹发射台、船载卫星接收天线等。船舶上工作面或者平台姿态检测,船载天线稳定平台系统,会应用倾角传感器定时(较长时间)读取数值,通过计算后,对稳定平台进行校正。平台的实际运动由单片机控制外部机械装置以达到对稳定水平平台进行修正,以保证其始终处于水平状态。某些倾角传感器作为船体液压调平系统中的反馈元件,提供高精度的倾角信号。既可用于水下钻进也可用于水下开采等。 在国外,陀螺稳定跟踪装置被广泛应用于地基、车载、舰载、机载、弹载以及各种航天设备中。20世纪40年代末,为了减少车体振动对行进间射击的影响,在坦克上开始安装火炮稳定器,从50年代起,双稳定器在坦克中得到了广泛的应用。在英、美等国的先进武器系统中,基于微惯性传感器的稳定跟踪平台得到了广泛的应用,如美国的M1坦克、英国“挑战者”坦克、俄罗斯T-82坦克、英国“标枪”导弹海上发射平台和“海枭”船用红外跟踪稳定平台等,都采用了不同类型的稳定跟踪平台。美国海军采用BEI电子公司生产的QRS-10型石英音叉陀螺,研制出WSC-6型卫星通讯系统的舰载天线稳定系统,工作12万小时尚未出现故障;Honeywell公司以红外传感器平台稳定为应用背景,研制的以GG1320环形激光陀螺为基础的惯性姿态控制装置,很好的满足了稳瞄跟踪系统的要求。美军配装的Honeywell公司采用激光陀螺技术研制的自行榴弹炮组件式方位位置惯性系统(MAPS6000) ,在工作时可连续提供高精度的方位基准、高程、纵摇、横摇、角速率、经度和纬度输出,性能大大高于美军MAPS系统规范的要求。在导弹制导方面,俄罗斯的X-29T、美国的“幼畜”AGM-65、以色列的“突眼”等成像制导导引头中,都采用了陀螺稳定跟踪平台。在机载设备中,陀螺稳定平台在机载光-电火控系统和机载光电侦察平台中也得到极其广泛的应用,美国、以色列、加拿大、南非、法国、英国、俄罗斯等国家都已研制出多种型号产品装备部队。如以色列的ESP-600C型无人机载光电侦察平台采用两轴平台,其方位转动范围360o×N、俯仰+10o----10o、最大角速度50o/s、最大角加速度60o/s2,其稳定精度达到15μrad,所达精度代表了国际先进水平。 国内对陀螺稳定平台的研究起步较晚,20世纪80年代开始研制瞄准具稳定平台,而90 年代初才开始陀螺稳定平台的研制。虽有不少单位,如北京电子3所、长春光机所、中科院成都光电所、西安应用光学研究所、华中光电技术研究所和清华大学等都在开展该应用领域的研究工作,但在稳定跟踪平台技术的研究上与国外相比仍有较大差距,由于惯性元件的技术不过关,成本较高,致使该项技术的研究始终没有取得突破性的进展。 一、船用红外/可见光陀螺稳定平台 近年来,随着精密机械、电子技术、数字信号处理技术和模式识别技术的飞速发展,陀螺伺服稳定跟踪系统的性能也有了很大的提高。陀螺伺服稳定跟踪系统,其主要任务是完成

自抗扰技术开题报告1

一、综述本课题国内外研究动态,说明选题的依据和意义 1.风力发电技术概述及其研究意义 目前随着石化能源的逐渐枯竭以及对环保的日益重视,迫切需要人们开发清洁的再生能源,因此,对可再生能源的开发利用,特别是对风能的开发应用已经受到世界的高度重视。风力资源丰厚,风力发电的潜力很大,但是风能能量密度较低,目前风力发电面临的一个急待解决的问题是风能利用效率的提高。风力机捕获的风能取决于风速、叶片浆距角和风轮转速,通过控制机构调节浆距角和风轮转速,使风力机捕获的风能跟踪最大功率曲线,可以有效地提高风力发电系统的发电效率。20年来风力发电技术领域有了很大的成就,中国从八十年代才开始发展风力发电,但是规模远不及欧美等国,尚处于探索时期,因此,风力发电在中国能源发展中的地位及发展的前景预测这一课题有重大的战略意义和社会意义。 但是风能在利用中存在很多的问题,风能是一种存在很多不确定性的能源,风力发电系统处于自然界中,外部的干扰很多且不易预知和控制,怎样实现风能的最大捕获成为一个我们在现实风力发电时首要考虑的问题。 在现在的风力发电中,我们运用到实际的控制方法有很多,有古典控制理论部分的应用,也有PID控制的应用,且其在控制界曾处于很高的位置,但是PID使用的范围有限制,对线性系统或者能线性化的系统,其控制效果还是很好的,但是由于风能的并不确定因素很多,这样导致PID在风里发电系统中便显示出了很多的缺点。图1所示为传统PID的控制图。 图 1 PID控制结构

从这个框图可以概括出PID控制技术的如下四个方面的缺陷: 第一,误差取法不合理。系统输入信号常常是不光滑、不连续的,而输出信号通常是光滑的,因而导致系统超调或振荡;第二,微分信号的实现需要改进。现场微分信号的实现通常采用差分或超前网络,这种方式对噪声放大作用很大,使微分信号失真而不能使用;第三,误差信号采用的线性组合不一定最合适,这种线性组合不易解决快速性和超调的矛盾;第四,积分反馈的作用主要是消除稳念误差,但它的引入也带来很多副作用,增加了系统的不稳定性以及积分饱和现象的出现。 面对这样的问题,我们也曾提出很多控制方法,比如自适应的应用,鲁棒控制和模糊控制,这些的控制效果也很好,但是由于这些的算法相对比较复杂,有些系统不易建立精确的数学模型,导致这些应用过程中会复杂。这时自抗扰技术的发展就为我们更好的利用风能提供了一个很好的方法。 自抗扰控制理论是我国学者韩京清先生首先提出的一种利用简单非线性部件对非线性系统的状态量及其所受干扰进行检测,进而利用非线性误差反馈规律进行总体补偿的非线性控制策略。其控制结构由跟踪微分器(TD),扩张状态观测器(ESO)和非线性反馈组成,如图2所示。 图 2 自抗扰控制结构 TD用来实现对系统输入信号的快速无超调跟踪,并给出其“广义”微分

MATLAB与控制系统仿真实验书-学生

实验总要求 1、封面必须注明实验名称、实验时间和实验地点,实验人员班级、学号(全号)和姓名等。 2、内容方面:注明实验所用设备、仪器及实验步骤方法;记录清楚实验所得的原始数据和图像,并按实验要求绘制相关图表、曲线或计算相关数据;认真分析所得实验结果,得出明确实验结论。 3、图形可以打印出来并剪贴上去,文字必须用标准试验纸手写。

实验一MATLAB绘图基础 一、实验目的 了解MATLAB常用命令和常见的内建函数使用。 熟悉矩阵基本运算以及点运算。 掌握MATLAB绘图的基本操作:向量初始化、向量基本运算、绘图命令plot,plot3,mesh,surf 使用、绘制多个图形的方法。 二、实验内容 建立并执行M文件multi_plot.m,使之画出如图的曲线。

三、实验方法(参考程序) 四、实验要求 1.分析给出的MA TLAB参考程序,理解MA TLAB程序设计的思维方法及其结构。 2.添加或更改程序中的指令和参数,预想其效果并验证,并对各语句做出详细注释。对不 熟悉的指令可通过HELP查看帮助文件了解其使用方法。达到熟悉MA TLAB画图操作的目的。 3.总结MATLAB中常用指令的作用及其调用格式。 五、实验思考 1、实现同时画出多图还有其它方法,请思考怎样实现,并给出一种实现方法。 (参考程序如下)

%hold on;hold off命令

2、思考三维曲线(plot3)与曲面(mesh, surf)的用法,(1)绘制参数方程 233,)3cos(,)3sin()(t z e t t y e t t t x t t ===--的三维曲线;(2)绘制二元函数 xy y x e x x y x f z ----==22)2(),(2 ,在XOY 平面内选择一个区域(-3:0.1:3,-2:0.1:2),然后绘 制出其三维表面图形。(以下给出PLOT3和SURF 的示例)

基于自抗扰控制(ADRC)的无刷直流电机控制与仿真

研究意义 1?研究意义 由于无刷直流电机在四旋翼飞行器控制中的关键作用以及在生产实践中日益广泛的应用,设计快速且平稳的控制系统成为首要任务。目前,基于现代控制理论的高性能异步电机调速方法主要是依靠精确的数学模型加上传统的 P ID控制。PID控制实际应用效果较好,但又无法避免对负载变化的适应能力差、抗干扰能力弱和受系统参数变化影响等弱点,而且交流调速系统具有非线性、强耦合、多变量及纯滞后 等特性,很难用精确的数学模型描述,这就使得基于精确数学模型的传统控制方法面临严重的挑战。另 外,经典P ID控制需要根据运行工况的不同而调节控制器参数,无刷直流电机又具有数学模型复杂,非 线性等特点,这给现场调试增加了难度。 2?国内外研究状况及发展 (1)无刷直流电机基本控制方法 无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷 和换向器(或集电环)的电机,又称无换向器电机。 直流无刷电动机的电机本身是机电能量转换部分,无刷电机的转子上装有永磁体,定子上是电枢,与有刷电机正好是相反的。它除了电机电枢、永磁励磁两部分外,还带有传感器。电机本身是直流无刷电机的核心,它不仅关系到性能指标、噪声振动、可靠性和使用寿命等,还涉及制造费用及产品成本。由于采用永磁磁场,使直流无刷电机摆脱一般直流电机的传统设计和结构,满足各种应用市场的要求,并向着省铜节材、制造简便的方向发展。 直流无刷驱动器包括电源部及控制部,电源部提供三相电源给电机,控制部则依需求转换输入电源频率。 电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220 V),如果输入是交流 电就得先经转换器(con verter)转成直流。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须 先将直流电压由换流器(inverter)转成3相电压来驱动电机。换流器(inverter)一般由6个功率 晶体管(V1?V6)分为上臂(V1、V3、V5)/下臂(V2、V4、V6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则提供PWM脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制,所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall-se nsor),做为速度之闭回路控制,同时也做 为相序控制的依据。但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。电机驱动电路如图?所示。 图1无刷直流电机的控制电路

自抗扰控制简介

目录 目录 目录 (1) 1 绪论 (1) 2 问题描述 (1) 3 发展现状 (2) 3.1 非线性跟踪微分器 (2) 3.2 扩张状态观测器 (3) 3.3 自抗扰控制律 (4) 3.4 参数整定问题 (4) 4 未来展望 (15分) (4) 5 结论 (5) 参考文献 (6)

1 绪论 自抗扰控制是韩京清先生以对控制理论的反思为开端提出的以反馈系统的标准型(积分器串联型)为基础,以工程控制的鲁棒性为目标的控制技术[1-5]。其思想是以工业界占主导地位的PID控制为出发点,在改进非线性PID的基础上提出自抗扰的概念,算法简单,在未知强非线性和不确定强扰动的作用下仍能够保持控制精度。在国内,自抗扰控制技术在四旋翼无人机控制[6]、航天器姿态控制[7]、精密车床中快速刀具的伺服控制[8]、电机的励磁控制[9]等方面均有应用案例。在国外,自抗扰控制于2009年通过了运动控制的工业评估[10];2013年,德州仪器开始在全球发布以自抗扰为技术核心的运动控制芯片[11]。可见,自抗扰控制技术具备巨大的潜力与工程应用前景。 2 问题描述 1989年,韩京清先生提出了对控制领域的疑问——模型论还是控制论。模型论“靠系统的数学模型去找控制率”,后者依靠的是系统的“某些响应特征或过程的某些实时信息”。 而“通过误差来消除误差”正是简单的线性PID所蕴含的朴素思想,也是PID能够在工业界获得广泛应用的原因。而以现代控制理论为代表的控制理论虽然在数学上严密可证,然而在实际应用中却较少,因为实际的控制对象总是不可避免地存在未知与不确定性。因此,反思控制理论数学化带来的理论与工业实践的脱节,探索新的控制技术与理论是有必要的。而自抗扰控制技术就是基于以上的问题,以PID为出发点,探索控制技术与理论的新方向。

高精度伺服系统的ZPETC控制仿真研究

第24卷第3期计算机仿真2007年3月文章编号:1006—9348(2007)03—0314—04 高精度伺服系统的ZPETC控制仿真研究 颜哓河2,施三保1,夏泽中1 (1武汉理工大学自动化学院.湖北武汉430070;2温州职业技术学院.浙江温州325035)摘要:为满足数控伺服系统高精度和快速响应的性能要求,设计了一种新型零相位误差跟踪控制器,实现对象的零相位和单位幅值跟踪控制。分析了零相位误差跟踪控制算法的工作原理,证明了其控制效果的无差性。结合数控伺服系统的特性.介绍了控制系统的设计方法和控制过程。MATLAB仿真结果表明,系统具有更宽的输人频率带宽,更低的输入输出幅度和相位误差.输出信号可十分精确地跟踪正弦和随机输入信号。对于数控伺服系统及其它具有快速响应和高精度性能要求的系统,ZPETC具有很好的控制效果和广泛的应用前景。 关键词:零相位跟踪;伺服系统;前馈控制;仿真 中圈分类号:T殴73文献标识码:A ResearchonZeroPhaseErrorTrackingControlfor HighPrecisionServoSystem YANXiao—he2,SHISan—ba01,XIAZe—zhon91 (1.AutomationSchoolWuhanUniversityofTechnology,WuhanHubei430070,China 2.WermhouVocationalandTechnicalCollege,WenzhouZIlejiang325035,China)ABSTRACT:Forthehigh—precisionrequirementofnumericcontrolservosystem,anovelzerophaseerrortrackingcontrollerispmposedinthispaper,whichcouldrealizeperfectzero—phaseandamplitudeer/ortrackingcontrolintheoryWorkingprincipleofZPETCisanalyze;tanditszero—errorperformanceisproved.Designprocedureforse/'-vosystemisintrodueed,andMATLABsimulationresultsshowthattheZPETCcouldrealizeprecisetrackingperform一日tllee¥,suchaswiderbandwidth,lesselTorofamplitudeandphase.ZPETChas900dcontrolperformanceforservosystemandothersystemrequitinghigh—precision. KEYWORDS:ZPETC;Servosystem;Feedforwardcontrol;Simulation 1引言 数控技术的发展对伺服系统的快速性和精度提出了更高的要求,其需要有宽的频率带宽、强的扰动抑制能力和对象参数变化的强鲁棒性,以取得较小的跟随误差…,进而取得高的精度。为改善运动控制跟踪精度,Tomizuka提出的一种前馈控制器设计方法——零相位跟踪控制器(zerophaseerrortrackingcontroller—ZPETC)”o。它是一种基于逆系统思想的前馈控制器,结合零、极点和相位对消,在较大的带宽范围内对闭环动态系统进行逆处理,从而消除闭环系统的相位误差和静态增益。但其主要是针对离散非最小相位系统的频域设计,否则将使前馈环节不稳定。很多学者在此基础上提出了各种改进的ZPETCL3’4o.在零相位跟踪上取得了很好的控制效果,但也导致了增益误差和响应速度慢等缺陷。谢胜泉”1介绍了一种自适应ZPETC算法,但其仍然存在一定 基金项目:武汉理工大学自动化学院科研基金项目(zdhxYJJ200418 收稿日期:2006—01一05修回日期:2006—05-21 —314一 的相位和幅值差。逄海萍”’提出了具有高鲁棒性的模糊滑模控制器,但不能完全满足伺服系统的快速响应要求。赵希梅”o提出和设计了一种调幅滤波器并与ZPETC相结合,仿真得出很好的效果,但其滤波器设计比较复杂。 在现有研究成果的基础上,本文针对数控伺服系统,介绍了一种单位幅值零相位跟踪算法,在较宽的频域范围内对系统进行零极点优化配置,获得期望的系统响应特性。分析了其原理和证明了其理论的正确性,并通过MATLAB进行了仿真,验证了其能够有效地实现系统的零相位和单位幅值。 2零相位跟踪控制的原理 2.1零相位跟踪控制的基本原理 零相位跟踪控制的基本原理就是采用预见控制,利用已知的未来信息设计补偿器,使从目标输人到控制输出的相位差在全频率域内为零,其基本结构如图1所示。 图中,r,e,“,Y和G,(=)分别表示目标输入、误差、反馈控制器输出、总输出和离散时间控制对象,c(z)是以稳定性为目的而设计的反馈控制器,C,(z)是以跟踪性为目的而设  万方数据万方数据

稳定平台关键技术综述

稳定平台关键技术综述 0引言 从科索沃战争、伊拉克战争到最近的利比亚战争,局部战争成为主要的作战模式。与以往的区域攻击不同,现代局部战争的主要特点是快速反应、精确打击。为应对未来局部战争,做到敢打必胜,改进与研制武器装备,提高部队作战能力成为首要任务。 在我军车载陆战装备中,战术导弹、坦克、火炮等武器系统近些年来有了很大发展,射击范围和精度都有了很大提高。但与外军先进装备相比,行进间射击精度尚有较大差距,甚至大多装配的武器系统还无法实现行进间射击。行进间射击作为提高部队作战效率,增强武器装备自我防护能力的重要指标,已成为未来陆战装备的主要发展方向,同时这也使得对武器系统的改进与研制迫在眉睫。 瞄准线稳定技术是实现行进间射击、提高行进间射击精度的主要环节。它采用稳定平台对车体的航向、纵摇和横滚运动进行有效的隔离,使瞄准线在惯性坐标系下保持稳定。为提高陆战装备快速反应与精确打击能力,急需提高稳定瞄准的快速性、精确性、自适应性,因此本课题的研究具有重要意义。 1稳定平台国内外研究现状 在光电稳定平台中,陀螺稳定平台迄今得到了广泛的应用,它是采用一个环架系统作为光电传感器的光学平台,在平台上放置陀螺来测量平台的运动,陀螺敏感姿态角的变化经过放大以后驱动环架的力矩电机,通过力矩电机驱动平台使光电传感器保持稳定。在国外起初应用于手持式望远镜和瞄准具中,并在八十年代装备部队,现已广泛应用于地基、车载、舰载、机载、弹载、天基等各种观测、摄像系统中。1996年,美国的航空红外制造商前视红外系统公司以电子新闻采集市场为目标推出了一种双传感器系统,它包括一个用于低照度的高分辨率红外摄像机和用于白天的标准广播摄像机,这两台摄像机一起被安装在一个紧凑的三轴陀螺稳定的万向架中,能够提供50rad μ的图像稳定精度,意大利的Caselle-Torinese 公司生产的11072Caselle-Torinese 光轴稳定平台的旋转范围可以做到高低方位均为??360~0,最大旋转速度为?60/s ,稳定精度为0.4mrad 。英国的Ferranti Electro-optics 公司生产的FIN1155用于坦克的陆地导弹/稳定平台,其瞄准线的稳定精度达到了0.1mrad 。法国的SAGEM 公司研制的舰载对空红外全景监视系统可以在?+?-30~30的摇摆,?+?-10~10的纵摇时的稳定精度达到0.5mrad 。1994年法国生产的“唯吉-105”型周视光电火控红外系统,在方位为??360~0,俯仰角为??-65~25范围内稳定精度为0.1mrad 。以色列研制的ESP-1H 采用两轴陀螺稳定平台,在方位角为??360~0,俯仰角在?+?-110~10的范围内,最大旋转速度为?50/s 的稳定精度高达50rad μ,而ESO-600C 的稳定精度高达15rad μ。 国内上世纪80年代开始研制瞄准具稳定平台,90年代逐渐展开了陀螺稳定平台的研制。北京618所90年代初期研制了机载陀螺稳定平台,其稳定精度可达到0.1mrad ,中科院成都光电所承担的863子课题——快速反射镜成像跟踪系统,采用了二级稳定技术,并于1994年通过评审。华中光电技术研究所研制的舰载红外稳定平台的稳定精度为1mrad ,清华大学精密机械与机械学系惯性导航研究室于1997年研制出机载瞄准线稳定跟踪系统,并交付部队使用。 车载稳定平台的研究开始于80年代后期,最初用于坦克炮长镜上以稳定瞄准线,其原理是在框架陀螺的转子上安装导光棱镜,以达到稳定瞄准线的目的,其稳定精度可达到0.2mrad ,但瞄准范围仅仅是方位?±4、俯仰?+?-20~10,加之人机工程差,使用受到了

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