基于混合扩张状态观测器的农田平地机液压系统反步滑模控制研究

为解决农田平地机液压系统在复杂地貌平地作业时控制精度低、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于混合扩张状态观测器（HESO）的反步滑模控制器。其中,HESO基于输出反馈信号估计系统未知状态和总扰动,并在前馈通道中进行扰动补偿;基于快速趋近律设计的反步滑模控制器输出连续光滑的控制量,增强了系统鲁棒性,克服了系统非线性与参数不确定性问题;通过Lyapunov稳定性理论对所提出的观测器和控制器稳定性进行验证,得到误差一致有界稳定结论;通过AMESim和Matlab/Simulink联合仿真与田间试验对本文控制算法的有效性和优越性进行了验证。在两条地貌情况较为复杂波浪地中单次平地和地貌情况较为相似的两田块进行3次遍历试验表明,使用本文控制方法,平地后高程相较于平地前标高的平均绝对误差、最大绝对误差、绝对误差标准差分别为0.053、0.146、0.037m和0.02、0.041、0.011m,较PID算法分别降低36.35%、28.32%、31.37%和62.6%、50%、51.83%。     

基于逆系统方法的直驱式AMT换挡控制方法

为提高直驱式AMT换挡品质的稳定性,针对2自由度电磁执行器的特性引入逆系统控制方法。阐述了执行器的结构及工作原理,通过建模分析了执行器参数耦合现象,执行器静态特性测试表明其输出特性具有非线性的特点。引入逆系统方法并分析系统的可逆性,建立执行器的伪线性系统并根据线性系统理论设计状态反馈控制器。扩张状态观测器的引入提高了系统在摩擦阻力时变条件下的输出特性稳定性。仿真与试验结果表明,基于逆系统方法的换挡控制受参数变化影响小,位移控制精度较高,执行器输出特性较为稳定,基于逆系统方法的直驱式AMT换挡性能较为突出,有利于提升AMT竞争力。     

电液伺服遥操纵机器人主-从位置控制器

针对电液伺服遥操纵机器人主-从双向伺服位置控制中存在的非线性和不确定性,提出主-从侧分别使用带干扰观测器的最优控制和有鲁棒补偿的PD反馈控制算法,以克服主动侧各液压缸因动态特性差异造成的位置跟随误差和从动侧外界环境的随机干扰对系统稳定性的影响.分别设计了观测器跟踪扰动的二次型控制器和有动态鲁棒补偿的位置控制器,通过仿真和试验验证了所设计控制器的有效性.试验结果表明,所设计的位置控制器,既提高了主-从位置跟随精度,又具有较强的自适应性和鲁棒性;提高了力反馈电液伺服遥操纵机器人系统的操作性.     

气动伺服系统全局稳定快速收敛负载独立压力观测器

在气动伺服系统中实现高精度控制,通常需要采用要求全状态信息的基于模型的非线性控制算法。鉴于轻量化的设计要求或者出于成本的考虑,构建压力观测器来代替压力传感器。首先,采用李雅普诺夫稳定性理论来论证所设计的压力观测器的全局稳定性。其次,通过试验研究,选取满足试验要求的多变指数值。然后,任意设定偏离实际值的压力观测器初值,以证实该压力观测器收敛迅速且不断逼近真实值。另外,通过作用一个变刚度的载荷于系统,以证明该压力观测器是负载独立的。最后,试验表明采用所设计的压力观测器来实现气动系统的伺服控制是有效的、可行的。     

EFFECT OF OBSERVER VARIABILITY ON GLOMERULAR FILTRATION RATE MEASUREMENT BY RENAL SCINTIGRAPHY IN DOGS

Observer variation in kidney depth measurement for correction of soft-tissue attenuation and kidney region of interest (ROI) drawing was evaluated using 60 clinical dogs with a wide range of glomerular filtration rate (GFR) for their effect on the calculated percentage uptake of 99mTc-diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA) and individual kidney GFR by scintigraphy. Kidney depth was measured separately on the lateral image using two color tables: a threshold and a continuous red-green-blue. Within-observer variability of the semi-automatic ROI drawing of the estimated total GFR was up to 10% for the right kidney (RK) and 9% for the left kidney (LK). The variability was lower between observers, 6% for RK and 8% for LK. Manual ROI drawing caused more within observer variation than semi-automatic: up to 14% for RK and 11% for LK. Continuous red-green-blue table caused more variation within and between observers than threshold table. Average within-observer variability from both observers of kidney depth measurement on different color tables could vary up to 5.5% and 6.5% variation of the GFR of RK and LK, respectively. Most variation affecting the DTPA percentage uptake came from the ROI drawing technique. Variations of the method because of the effects of both kidney depth and kidney ROI drawing were up to 8% and 10% for RK and LK, respectively. To minimize these variations a threshold scale should be used for the kidney depth measurement and an automatic or semi-automatic ROI should be used whenever possible. In sequential examinations the same person should make all the measurements.     

阀控非对称缸电液伺服系统的线性鲁棒观测器设计

为了更为有效地诊断电液伺服控制系统的故障,设计良好的状态观测器是至关重要的前提。针对阀控非对称缸电液伺服系统,提出一种线性鲁棒观测器的设计方法。在考虑建模误差、参数变化、外力干扰、过程噪声以及测量噪声等影响因素的前提下,将系统非线性模型进行线性化,并据此设计系统的线性鲁棒观测器。仿真结果表明：小负荷情况下,该文设计的线性观测器具有一定的鲁棒性。     

Reliability of pelvimetry is affected by observer experience but not by breed and sex: A cross-sectional study in beef cattle

Pelvis size plays an important role to prevent dystocia in cattle caused by the foeto-maternal disproportion in commonly primiparous females. The reproducibility and repeatability are two important aspects for the reliability of the measurements to use in the selection of cattle for culling. Pelvic measures were taken with a Rice pelvimeter from 224 young cattle (180 females and 44 males) of four beef breeds in South Africa. One experienced and two inexperienced observers each measured pelvic height and width twice. The proportion measurements with a maximum difference of 0.5 cm within animal compared with the first measurement by the experienced observer are around 80% and by the inexperienced observers around 50% for pelvic height and around 60% for pelvic width. Breed and sex do not affect the reliability of pelvimetry by an experienced observer. Under- and overestimation of pelvis size were observed in inexperienced observers, which seems to be unrelated to breed and sex.     

电动拖拉机永磁电机模糊滑模无传感器控制研究

永磁电机闭环控制需要准确的转子位置信息,而传统的机械传感器在农业生产等恶劣工况下的可靠性难以保证。为了提高系统可靠性,对无传感器控制方法进行了研究。在传统基于滑模观测器的无传感器控制中,系统抖振和稳定性差的问题严重影响了无传感器运行的控制效果。为此,本文提出了一种基于模糊滑模观测器和模糊锁相环的无传感器控制方法,有效地解决了这一问题。首先,利用模糊控制器对滑模观测器和锁相环的控制参数进行处理,并根据电机的实际工况实时调整这些参数,提高了系统鲁棒性。其次,采用递归最小二乘自适应线性谐波提取器对反电动势的高谐波分量进行有效滤波,避免了高频分量对观测结果的影响。实验结果表明,所提出的控制方法提高了对转速和转子位置的估计精度。     

基于改进樽海鞘群算法的四旋翼飞行器姿态优化控制

针对集总干扰下四旋翼飞行器的姿态控制问题,提出了一种基于线性扩张状态观测器的快速连续非奇异终端滑模控制策略。该方法通过线性扩张状态观测器来估计和补偿集总干扰的影响,提高控制器的稳定性;借助非奇异终端滑模面有限时间收敛的特性设计控制律,加快控制器的收敛速度;控制器的稳定性分析由Lyapunov函数得以证明。引入樽海鞘群算法来优化控制器中的参数,提升控制性能。进一步地,引入一维正态云模型与自适应算子来克服参数整定算法的固有缺陷,增强其优化能力。通过仿真与试验验证了本文方法的有效性与实用性,结果表明:在阵风干扰下,本文方法比线性自抗扰控制策略具有更高的跟踪精度、更强的抗干扰能力与更快的响应速度。     

液电混合直线驱动系统位置控制特性研究

提出了一种采用电-机械直线执行器和液压缸的液电混合直线驱动系统。为消除电-机械直线执行器和液压缸之间的耦合影响,液压泵和比例阀协同控制液压缸输出力和运行方向,满足系统负载力需求,电-机械直线执行器用于运动控制,并补偿液压缸输出力波动和外部干扰力。为实现上述目标,设计了基于扩张状态观测器的电-机械直线执行器自适应滑模控制方法,以估计的负载力调节泵压力和比例阀开度,对液压缸输出力进行调控。比例阀在系统运行中主要用于控制液压缸运动方向,阀开度较大,可显著降低节流损失。通过仿真和试验分析了系统的运行特性和能效特性。结果表明,该系统具有良好的位置控制特性,能量效率高,较传统阀控系统能耗减少51%。