气动肌肉肘关节MPI迟滞模型与补偿控制

针对气动肌肉驱动的四连杆肘关节输入气压与输出角度间的迟滞进行分析。建立肘关节迟滞的PrandtlIshlinskii(PI)模型,采用Levenberg-Marquardt方法辨识模型参数;选择改进Play算子合适的包络函数,设计一种可描述非对称迟滞现象的改进PI(Modified PI,MPI)模型,相较于传统PI模型(Classical PI,CPI),MPI模型对非对称迟滞曲线拟合度更高。基于MPI模型,设计前馈积分逆补偿器,并与PID组成积分逆补偿控制器(MPI-I-I-PID);完成了MPI-I-I-PID、PID与基于CPI模型的积分逆补偿PID控制器(CPI-I-I-PID)的位置控制仿真。仿真结果表明,MPI-I-I-PID可以减小跟踪误差,提高跟踪精度。在不同负载下进行了控制实验,实验结果表明,随着负载增加,补偿效果减弱,为此在补偿器中加入分段PID,MPI-I-I-pPID可减小抖动幅度,降低肘关节跟踪误差,提高位置控制精度和稳定性,验证了迟滞补偿器的有效性。     

基于AMESim-Simulink的电液位置伺服系统的自适应模糊PID控制

电液伺服系统具有响应速度快、控制精度高等优点,被广泛应用于工业控制各领域。但其存在饱和与死区、非线性、时变性、时滞性的特点,针对实际电液伺服系统中这些特点导致的非线性环节建模不准确的问题,采用自适应模糊PID控制算法对电液位置伺服系统进行控制。首先对电液位置伺服系统的开环传递函数进行了推导,其次在AMESim/Simulink联合仿真平台上建立了系统模型与模糊PID控制算法,最后采用模糊PID控制算法对系统的阶跃响应和正弦跟踪性能进行了仿真研究。研究结果表明：自适应模糊PID控制对于输入信号具有响应速度快、跟踪精度高、无滞后与超调等良好的控制特性。     

现代农业生产中可再生能源供电系统逆变电源的优化设计

介绍一种经过优化设计的逆变电源,适用于现代农业可再生能源供电系统。针对经典PI调节无法解决跟踪静差的问题,提出使用模糊准PR调节用于控制环对逆变电源进行闭环调节,在实现无静差跟踪的同时由模糊算法整定参数,增加系统抗干扰和模型不确定性的能力。采用SVPWM控制算法进行调制,提高直流侧电压利用率。仿真和实验结果表明,使用该优化设计逆变电源后供电系统运行稳定,跟踪误差问题得到解决。     

变速条件下农业机械路径跟踪稳定控制方法

为提高农业机械(农机)路径跟踪控制在不同速度条件下的稳定性和鲁棒性,提出了基于链式系统模型和小范围稳定性分析优化的直线路径跟踪控制方法。首先,根据几何约束建立农机非线性运动学模型,并基于链式系统模型将其转换为线性链式系统,进而对系统的误差项进行线性组合,得到农机路径跟踪控制方法;然后,基于控制方法在平衡位置小范围的稳定性分析,对控制方法进行优化,使得农机路径跟踪控制在平衡位置小范围的稳定性与行驶速度无关;最后,以水稻穴直播机为实验平台开展了直线跟踪对比实验和农机作业实验。结果表明,相比于PID控制方法,本文控制方法在3种不同速度下均能保持直线跟踪控制的稳定性,并且具有较高的控制精度。同时,本文路径跟踪控制方法的稳定性与行驶速度无关,农机作业的行驶速度在0. 4～2. 0 m/s范围内均能实现稳定控制,平均绝对误差均值为0. 047 m,最大绝对误差为0. 128 m。     

无人驾驶导航控制系统设计

针对国内无人驾驶拖拉机导航控制系统的控制精度问题,设计了一种基于GPS/BDS定位系统的横向偏差跟踪算法和PID控制方式的复合导航控制算法。首先介绍了拖拉机无人驾驶系统的组成原理;其次介绍了导航控制系统算法的组成同时对拖拉机进行运动学建模,并采用横向偏差跟踪算法和PID控制方式的复合导航控制算法设计拖拉机无人驾驶导航控制器;最后仿真结果表明,该算法具有较好的横向误差控制精度,能够有效提高无人驾驶拖拉机的工作效率。     

内燃机试验台测控系统模糊PI控制方法的研究

提出内燃机试验台测控系统的转速和转矩模糊PI控制算法。在建立内燃机—测功机传动系统动力学模型、内燃机有效转矩模型、测功机励磁电流模型的基础上,采用所提出的控制算法对内燃机试验台测控系统进行了动态仿真模拟,结果表明控制精度较高、动态响应快、超调量低,较好地解决了试验台控制的稳定性及测量的实时准确性问题。     

无人驾驶模式下电液复合转向系统高鲁棒性控制策略

针对重型车辆电液复合转向系统（Electro hydraulic hybrid steering system,EHHS）无人驾驶模式下的转向跟踪控制问题,首先建立了考虑EHHS系统参数不确定性及外界干扰影响的转向系统完整非线性动力学模型;然后提出了一种自适应双闭环转向跟踪控制策略,外控制环设计参数自适应率,以有效适应模型参数摄动,采用改进滑模控制计算期望转向力矩,内控制环则利用PI控制转向电机电流,实现对期望转向力矩跟踪;最后利用Matlab/Simulink对EHHS系统模型以及提出的控制策略进行仿真验证。结果表明,提出的自适应控制可有效缩短EHHS系统转角跟踪阶跃响应反应时间,降低转向轮角度跟踪误差,并保证转角跟踪精度不受系统参数摄动的影响,有效提高了EHHS系统无人驾驶模式下的转向跟踪控制性能。     

RBF神经网络增量式PID自动转向控制系统设计

平地机在田间作业环境下存在复杂非线性时变系统,很难建立精确模型,而传统的PID控制仅仅局限应用于线性系统,控制效果不佳等问题。为了提高田间作业时的转向控制精度,提出了一种基于RBF神经网络增量式PID的控制方法。该方法采用RBF神经网络对增量式PID增益参数进行自适应调整和辨识,并针对控制模型通过仿真实验对比分析了所提出的RBF神经网络增量式PID控制方案与传统PID在平地机转向控制中对方波轨迹跟踪的效果,从而验证了所提出的RBF神经网络增量式PID控制方案的优越性。结果表明:该控制方法对复杂非线性的平地机转向控制系统具有良好的适应性、鲁棒性和实时性,取得了令人满意的控制效果,为后续农业机械自动导航转向控制实际应用环境控制策略的制定提供了有价值的参考。     

基于DGPS与双闭环控制的拖拉机自动导航系统

以东方红X-804型拖拉机为平台,设计了一种基于RTK-DGPS定位和双闭环转向控制相结合的自动导航系统,研究提高农业机械导航控制精度的方法。阐述了导航系统整体设计方案,以RTK-DGPS和AHRS500GA分别提供位置信息和辅助修正信息实现准确定位,以电控液压转向系统实现转向控制。分析了整体控制的策略,建立了路径跟踪的传递函数模型,阐述了双闭环转向控制算法的建立过程,以及控制器的硬件实现。试验结果表明:GPS定位数据经过校正后,平均偏差降低至0.031 m;双闭环控制算法提高了自动转向系统性能,稳态时方波信号以及正弦波信号的跟踪误差平均值为0.40°;在拖拉机田间作业跟踪过程中,路径跟踪误差平均值不超过0.019 m,转向轮偏角跟踪误差平均值为0.43°,标准差不超过0.041 m。     

自适应变频调速棉田灌溉系统设计与仿真

新疆是全国最大的优质商品棉生产基地,灌溉在棉花生产中占据着极其重要的地位。目前,兵团多地传统的变频调速系统大多采用经典的PID控制或模糊控制,适应性不强、控制精度较低,且参数整定、调试麻烦。为此,基于模型参考自适应理论提出了一种变频恒压调速系统的控制方法,根据变频调速系统的结构(包括PLC、变频器、电动机、水泵、流量计等),建立了该系统的数学模型,详细论述了采用李雅普诺夫稳定性理论实现模型参考自适应控制的过程,并求解自适应控制器和相应的控制率。最后,利用MatLab/Simulink软件对模型参考自适应控制下的系统进行仿真分析,并与经典PID控制系统进行对比分析,结果表明:控制对象输出信号yp能够很好地对参考模型信号yr进行跟踪,并具有更好的响应速度、运动精度及抗干扰能力。     

基于推杆电动机的拖拉机液压悬挂控制系统

设计的拖拉机液压悬挂自动控制系统包括推杆电动机、传动机构和控制单元ECU等。控制单元ECU实时接收上位机决策控制指令,控制推杆电动机驱动拖拉机液压悬挂的提升器,调整作业机具至适宜的位置。设计了双阈值斜坡启动和反馈PI算法相结合的PWM电动机控制方法,启动阶段以前馈斜坡输入控制为主,使推杆电动机可以平稳且快速地启动;主体运行阶段以PI反馈控制为主,以提高控制速度和精度。采用C语言实现整个控制系统编程,包括电动机反馈信号的AD转换采集、电动机的PID控制、上下位机的CAN通讯以及串口通讯等内容。试验测试结果表明,前馈斜坡启动方式可以较好地避免电动机启动时的瞬间冲击电流;当死区阈值设置为10(AD)时,最大误差范围为±11(AD),体现在推杆电动机上的行程误差为±0.26 mm,满足拖拉机液压悬挂系统的自动操纵控制要求。     

气吸式自动穴盘育苗精量播种机设计——基于PLC控制

为了适应微小体积种子的穴盘育苗精量播种工作要求,提高精量播种机的普遍适应能力,基于PLC控制系统和传感器信号采集,采用压电弹簧和气吸盘相结合的方法,设计了一种新型自动穴盘精量播种机。利用压电弹簧对排种器振动系统和驱动系统进行了改进,基于逆压电效应,将微小位移放大后驱动排种器盘进行振动,使种子达到了理想的排种运动状态,大大提高了吸种效率和播种性能。试验结果表明:PLC控制系统通过自适应调整可以使误差降低到接近于0,且响应迅速,响应精度较高,播种机的空穴率、多粒率和破碎率均不高于5%,而吸附率和播种合格率都在95%以上,满足穴盘育苗精量播种的农艺要求,达到了预期设计目标。     

小麦小区条播机电控排种系统设计与试验

针对小麦小区条播机排种系统智能化水平低的问题,本文基于差分定位原理设计了一套小麦小区条播机电控排种系统。该系统主要由北斗差分定位系统、STM32F4主控系统、锥体格盘驱动系统、离心分种驱动系统和人机交互系统等组成,主控系统采集北斗差分定位信息计算锥体格盘匹配转速,控制格盘电机和分种电机运转,并显示作业信息。通过正交试验法优选了离心分种器结构参数,建立了播种机车速和锥体格盘转速控制模型。试验结果表明：各行排量一致性变异系数为5.69%,均匀性变异系数为20.77%,验证了本电控排种系统的可行性。     

基于数字PI算法的精准施肥控制系统设计及仿真

为了使施肥速度与机器行进速度同步,提出了一种基于数字PI算法的闭环施肥系统,主要由传感器、PLC、脉宽调制电机驱动器(PWM驱动器)、GPRS模块及直流无刷电机组成。通过检测拖拉机的速度信号及外槽轮转速,PLC根据所输入决策经PWM驱动器对外槽轮下料速度进行闭环控制,从而实现精准施肥。仿真实验结果表明:基于数字PI算法的闭环控制系统提高了施肥精度和响应速度,机具操作简单,在田间工作性能稳定。     

无级变速传动系统的模糊控制

设计了无级变速系统的模糊控制器,建立了简化的无级变速传动系统的动力学模型。考虑到系统模型的时变非线性特性、输入和输出之间的耦合特性以及复杂的运行工况的影响,给出了一种新的带有参数自调整的模糊－PI控制算法,利用该算法设计的模糊控制器使无级变速传动系统获得了良好的控制效果。仿真结果表明,该算法是可行和有效的。     

压电型宏微双驱动精密定位系统点位协调控制

设计了基于压电型微驱动器的宏微双驱动精密定位系统,宏动台由伺服电动机直接驱动,微动台由压电陶瓷驱动器和弹性铰链构成,并由压电陶瓷驱动器驱动。微动台安装在宏动台上,微动台和宏动台是串联关系。宏动台用于实现大行程微米级定位,而纳米级定位由微动台实现。利用基于运动控制卡的开放伺服功能来协调宏微工作台之间的控制,而位置反馈由两个高精度光栅完成,精度检测由激光干涉仪完成。当宏动台运动结束后,微动台根据测得的定位误差做出补偿进给。实验表明,在行程100mm的范围内每隔1mm采集一点,误差控制在±100nm以内。     

台架负载模拟控制方法研究

动态载荷负载模拟是室内台架测试的核心技术之一,也是评估试验台架综合性能重要途径。针对某一混动式汽车台架,以型号为C8051F120单片机所能达到的转速脉冲信号的测频精度为基础开展动态加载技术研究。在Matlab/Simulink中建立整车传动系动力学模型和台架系统模型;设计逆向模型控制的负载模拟方案和PI自适应卡尔曼滤波算法,并搭建相应的控制器模型来分析不同采样频率和测频精度对负载模拟的影响。仿真结果表明：低速段在采样频率100 Hz、测频精度0.001%未滤波下,电机最大加载扭矩误差为10%;高速段在采样频率100 Hz、测频精度0.001%滤波下,系统响应时间0.11 s,电机加载扭矩误差15%;加载系统能够平稳运行且可以达到动态加载目的,验证负载模拟算法的正确性。在得到正确的仿真结果后可轻松实现代码生成,从而为台架硬件在环试验提供参考。     

压电型宏/微双驱动精密定位机构的建模与控制

提出了基于PZT的串联型宏/微双驱动精密定位系统,宏动台由步进电动机直接驱动,微动台由压电陶瓷驱动器驱动。将微动台安装在宏动台上,宏动台以地面为定位参考物,微动台以宏动台为定位参考物;宏动台实现大行程微米级定位,微动台实现纳米级的定位精度。采用基于机器视觉的视觉伺服来协调控制系统宏动和微动各自的控制部分,将距离信号作为控制阈值,实现整个定位结构的全闭环反馈控制。测试表明：系统的动态以及稳定性良好,工作行程为80mm,定位稳定时间小于40ms,重复定位精度为100nm。     

单腔单振子压电泵流量自测量方法研究

为满足压电泵系统流体精确控制及小型化的需要,提出利用压电自感知及神经网络技术的单腔单振子压电泵流量自测量方法。压电泵结构上采用双压电晶片振子同时作为执行元件与传感元件使用。首先分析了流量影响因素,并分析了传感压电片输出信号与振子变形关系。得出:压电泵流量与振子振动状态存在函数关系,振子的振动状态可由传感压电信号实时反映,因此在信号中隐含着压电泵流量信息。据此制作了传感压电信号参数测量电路样机,将参数测量结果作为神经网络输入,建立了用于压电泵流量预测的BP神经网络模型。实验结果表明:利用该方法得到的预测值与实验测量值之间相关系数在0.999 3以上,最大相对误差率小于3.46%,预测结果与测量值接近。该流量自测量方法具有较好的准确性。