1 南京航空航天大学, a.自动化学院
2 南京航空航天大学, b.无人机研究院
3 c.中小型无人机先进技术工信部重点实验室,南京 210000
针对无人机飞行过程中遭遇突发障碍物的规避问题,提出一种改进人工势场(APF)的无人机通用避障机动策略。在障碍规避过程中利用避障机动角设计障碍物斥力系数并加入速度控制项共同改进传统的人工势场;相较于传统设置目标点的无人机避障方法,以虚拟子机的形式实时对无人机施加状态回归力,保证无人机能较快地回归到原始期望状态,并利用模型预测调整无人机的状态回归机动量,避免抖动现象,由此设计出无人机避障机动策略。通过仿真分析证明了所提避障机动策略相比传统人工势场方法避障效率更高。最后将所提策略作为基础模块应用于不同的复杂任务,证明了所提策略具有较高的通用性。
突发障碍 人工势场(APF) 避障机动角 速度控制 虚拟子机 模型预测 unexpected obstacle Artificial Potential Field (APF) obstacle avoidance maneuver angle velocity control virtual submachine model prediction
1 中国空空导弹研究院, 河南 洛阳 471000
2 航空制导武器航空科技重点实验室, 河南 洛阳 471000
为获得更好的制导性能, 利用一类采用流量可调发动机的导弹所增加的飞行速度控制自由度, 提出一种修正比例导引+飞行速度控制的双重控制自适应滑模制导律。修正比例导引并以弹道末端过载需求为零进行修正设计, 在对其瞬时脱靶量分析的基础上, 选取视线角速度和飞行速度控制量等作为滑模面, 并进一步采用自适应滑模控制方法, 推导了减少脱靶量的速度控制制导律。仿真结果表明, 相比于比例导引和采用速度保持的修正比例导引, 所设计的自适应滑模制导律的脱靶量更小, 弹道更平滑, 过载需求也更小, 实现了导弹飞行速度的主动控制。
导弹 制导律 滑模控制 自适应控制 飞行速度控制 missile guidance law sliding mode control adaptive control flight velocity control
西安石油大学电子工程学院, 陕西西安 710065
时变扰动环境下, 永磁同步电机 (PMSM)采用鲁棒性较好的滑模控制。根据滑模控制中传统指数趋近律, 提出一种改进型的趋近律, 并基于改进型趋近律设计了一种 PMSM调速系统的滑模速度控制器, 提高电机的运行性能。通过仿真结果对比分析, 设计的基于改进型趋近律的滑模速度控制器不仅可以提高系统的动态性能, 而且削弱了系统的抖振现象, 使电机在时变扰动下仍具有较高的运行性能。
指数趋近律 永磁同步电机调速系统 速度控制器 动态性能 抖振现象 exponential reaching law Permanent Magnet Synchronous Motors(PMSM) speed re sliding mode speed controller dynamic performance buffeting phenomenon 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(2): 324
1 智能控制系统与智能装备教育部工程中心，河北 秦皇岛 066004；燕山大学 工业计算机控制工程河北省重点实验室，河北 秦皇岛 066004
2 燕山大学 工业计算机控制工程河北省重点实验室，河北 秦皇岛 066004
电磁轨道发射的过程中，电枢在膛内高速运动时会受到电磁力、电枢初始正压力、摩擦力、空气阻力、烧蚀阻力等多种因素影响，电枢的出口速度呈现出在一定范围内波动的特征。为了提高电枢的出口速度精度，针对膛内电枢与轨道摩擦不均衡性和烧蚀程度不确定的特性，综合考虑脉冲成形网络的电路模型与电枢的动力学特征，建立了电枢在膛内的运动开环控制仿真模型。通过仿真，得出了脉冲电源模块触发时刻与电枢出口速度之间的关系，提出了电枢出口速度闭环控制模型，探究了电枢出口速度控制可行方案。结果表明：应用闭环控制算法，可实现对电枢出口速度的精确控制。
电磁发射 数学模型 出口速度 速度控制 electromagnetic launching mathematical model muzzle velocity velocity control 强激光与粒子束
2020, 32(7): 075006
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了满足2 m望远镜系统中消旋K镜伺服系统的速度控制性能, 提出一种基于控制律参数自适应的自抗扰控制新方法。首先, 基于速度回路被控对象, 设计了二阶线性扩张状态观测器, 以实现对扰动的实时观测; 然后, 为了提高速度环动态和稳态性能, 采用回归分析方法, 设计了控制律参数基于输入速度变化而自适应调整的比例控制器; 最后, 搭建了消旋K镜伺服控制实验系统, 在速度阶跃信号激励下开展实验研究。结果显示: 与传统PI和自抗扰控制器相比, 系统以0.001 (°)/s速度运行时, 稳定时间从7.3 s、3.2 s减少至0.9 s; 以10 (°)/s速度运行时, 系统超调量从8%、62%降低至无超调; 在中低频段的扰动抑制能力最大提高了23 dB, 性能得到了提高, 可满足K镜伺服系统高精度的速度控制性能要求。
望远镜K镜 速度控制 自抗扰控制 自适应控制器律参数 K mirror of telescope speed control active disturbance rejection-controller adaptive control law parameter 红外与激光工程
2018, 47(7): 0718006
1 苏州大学机电工程学院, 江苏 苏州 215021
2 西安交通大学机械工程学院, 陕西 西安710049
利用光内送粉技术，基于法向分层的路径规划，结合层高测量系统，对不等高扇形结构件的激光熔覆成形实现了闭环控制。提出了一种分层分段控制的新方法，使成形件宽度一致。建立了速度比例-积分(PI)控制器，使实际总堆高达到了期望值，实现了结构件的高精度成形。
激光技术 激光熔覆 快速成形 离焦量不变 不等高熔道 速度控制
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100039
基于现场可编程门阵列(FPGA)设计了具有Anti-windup策略的速度控制器用于永磁同步电机伺服控制系统，并给出了相应的集成设计方法。该方法通过单片FPGA实现永磁同步电机的全数字集成控制。采用FPGA的嵌入式Nios II核完成速度环控制策略，通过FPGA的并行硬件电路实现了高速电流环控制器。为了解决速度给定较大时产生的控制器积分饱和问题，设计了具有Anti-windup策略的PI速度控制器用于有效地减小转速超调量，缩短调节时间。实验结果表明: 与PI控制器相比，使用这种速度控制方法可使永磁同步电机最大转速跟踪精度提高10 r/min，且具有良好的动态性能和稳态精度。 提出的设计方法满足永磁同步电机伺服控制系统的设计需要。
永磁同步电机 现场可编程门阵列 Anti-windup策略 速度控制器 PI控制器 Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM) Field Programming Gate Array(FPGA) anti-windup strategy speed controller PI controller
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
设计了基于预测函数控制的速度控制器, 以减小永磁同步电机的转矩波动, 提高电机的转速控制精度。针对因外部扰动因素引起的控制器跟踪性能下降问题, 设计了基于预测函数控制和扰动观测器的双环控制器; 通过扰动观测器估计系统扰动, 并据此产生转矩电流补偿量对控制量进行前馈修正, 从而实现扰动的抑制。实验结果显示: 当电机从静止跟踪到设定600 r/min转速时, 系统没有超调, 稳态精度为2 r/min; 当电机以600 r/min稳速运行并加入1.6 N·m的转矩扰动时, 转速最大波动为5 r/min。与传统的PI控制算法相比, 所设计的控制器使转速波动减小了4.2% 。仿真分析和实验数据表明: 基于预测函数控制和干扰观测器的控制器能够有效地抑制扰动, 提高系统转速跟踪精度。
永磁同步电机 预测函数控制 扰动观测器 速度控制 Permanent Magnet Synchronous Motor(PMSM) predictive functional control disturbance observer speed control
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
为了满足大型望远镜对于速度控制响应快、超调量小、稳态精度高、低速运行平稳的要求，在分析经典PID控制算法的基础上，提出了一种变结构PID控制器。通过构造以控制误差为自变量的比例增益、积分增益、积分变增益和微分增益等函数，变结构PID能够根据瞬时误差实时改变其结构和参数。针对某大型望远镜的传递函数模型，仿真验证了变结构PID的作用，并比较了经典PID与变结构PID的控制性能。实验结果表明，该望远镜能够以最大加速度达到期望速度，且无速度超调，以20(°)/s运行时的最大稳态误差为0.016 7(°)/s，以10(″)/s运行时的最大稳态误差为0.7(″)/s。仿真和实验结果均证明：基于变结构PID控制器的速度控制系统能够满足大型望远镜的要求。
大型望远镜 速度控制 变结构PID控制器 控制误差 large telescope velocity control Variable Structure PID(VSPID) controller control error
