基于半物理仿真的四轴加工中心虚拟实训系统

针对目前数控机床的投入使用量逐年增加,数控机床操作工培养成本较高,熟练的机床操作工数量不能满足市场需求。提出了一种基于半物理仿真思想的虚拟实训系统架构。介绍了虚拟实训系统的总体架构,给出了系统架构图。提出了系统的组成模块,给出了机床控制器、虚拟样机运动仿真和通信方案,给出了控制器系统的原理框图。具体完成了一种四轴加工中心的虚拟实训系统的设计。实验结果表明,该四轴加工中心虚拟实训系统能够根据机床控制器的控制信号实现虚拟加工,模拟切削过程。整个虚拟实训系统设计合理、可操作性高,完全能够满足用户操作数控机床的需求。     

航天器姿态机动优化容错控制

针对存在未知时变惯量不确定性、外部干扰力矩和执行机构衰退故障的非刚体航天器系统,研究了非刚体航天器自适应优化容错控制问题。首先,为了根据误差变量优化控制增益,设计一种动态增益调整函数实时优化控制增益;然后,基于非线性鲁棒控制方法、动态增益函数调整方法、自适应方法、容错控制理论与参数估计方法,提出一种新颖的自适应优化姿态跟踪容错控制器。所设计的控制器克服了执行器故障、惯量不确定性以及外界干扰的影响,保证航天器姿态及角速度能够跟踪时变的参考轨迹,实现跟踪误差系统最终一致有界稳定;最后,数字仿真结果验证了所提出方法的有效性,而且与已有控制方法相比,该方法具有更高的控制精度和稳定性。     

不确定混沌系统的滤波反演自适应滑模控制

提出一种基于扩张状态观测器的反演自适应滑模控制方法,通过非线性坐标变换,将标准混沌系统模型变为更适于反演设计策略的严格参数反馈形式。设计线性扩张状态观测器估计系统状态及不确定部分,基于反演策略设计滑模控制律,并设计切换增益的自适应更新律以保证系统跟踪误差快速稳定收敛至零点。为了避免虚拟控制量的解析求导,简化控制器设计过程,虚拟控制量的导数通过一个滤波器获得。最后,将所设计方法与常规反演滑模控制器及PID控制做仿真实验比对,验证了所设计控制器能够改善滑模控制信号的抖振问题,提高了被控系统的动态性能。     

雷达监控半实物仿真教学系统设计

针对开放式四轴运动控制开发实验平台中存在的电机控制对象姿态无法直观观察问题,提出了雷达监控半实物仿真教学系统。该系统以电机为控制对象,以工控机和运动控制器为控制核心,通过控制器库函数实现了两个电机的位置与速度控制。以OpenGL建模技术建立了两自由度三维虚拟雷达,利用位置监控与定时器同步技术实现了虚拟雷达的方位轴、俯仰轴与电机的同步运动与控制。为了逼真模拟临场效果和增加教学效果,利用建模技术增加了机群模拟攻击和虚拟仪表的飞机监控功能。经测试该系统能够充分发挥实验平台的教学功能,解决其存在问题,并在实践教学中起到良好教学效果。     

复合舵机直线加载实验台设计和实验

设计了复合舵机直线加载实验台,包括油源、油源控制器、舵机控制器、复合舵机、加载舵机、加载惯量盘以及支撑台体等。油源控制器采用AVR128单片机作为核心控制芯片,控制系统软件使用NI LabWin-dows/CVI和Microsoft Windows操作系统的实时扩展RTX实现实时控制。加载通道的齿轮齿条惯量盘可以模拟飞机舵面的转动惯量,并且可以使用配重块调节转动惯量。该实验台既可以作为复合舵机设计、性能评价的半实物仿真平台,也可以用于本科生、硕士研究生相关课程的实验。     

轮式机器人基于后推设计的PD控制

针对强耦合非线性的轮式机器人控制问题,提出了一种基于后推的自适应控制方法。建立轮式机器人动力学模型,借助后推方法将复杂的系统分解为若干个简单的子系统,再借助李亚普诺夫理论和中间虚拟变量递推地设计了控制律。由于PD控制器的设计不受系统不确定模型的影响,且具有较好工程应用价值,因此在首次递推中设计了PD控制律,并以此为原控制器递推地设计了最终控制律,仿真验证了控制方法的有效性。     

基于虚拟样机技术的控制系统实验平台开发

基于虚拟样机技术设计构建了典型控制对象——倒立摆、吊车摆、机械臂等,为自动控制理论、控制系统仿真、计算机控制系统、智能控制、系统辨识等课程提供实验对象。给出了实验平台的设计步骤和基于虚拟对象的联合仿真设计方法。实验平台的作用表现在:(1)提供直观的控制效果动画,帮助学生理解控制系统;(2)提供多种虚拟对象的Matlab仿真接口,利用Matlab进行联合仿真,可验证不同控制器的有效性;(3)通过对虚拟对象添加测量信号作为辨识数据,进行辨识实验。     

虚拟仿真技术在PLC实验教学中的应用

针对PLC课程实验教学中存在的问题,提出用组态软件全真模拟PLC的控制对象,并基于计算机和PLC搭建了一个虚拟控制对象的PLC教学仿真实验系统。给出虚拟仿真实验系统的结构框图,并以3层电梯为虚拟被控对象,设计组态图形界面,建立数据库与动画连接,设置通信参数,仿真运行调试。试验结果表明:系统无需实际物理控制对象便可实现对PLC程序的调试和仿真运行。     

一种风机频率稳定控制器的设计及仿真实验

提出了基于最大功率跟踪控制和微分控制的频率稳定控制器,建立了电网系统频率和风机有功调节能力之间的联系,并针对所设计的控制器在系统频率稳定方面的影响进行了分析。利用电力系统仿真软件DIg SILENT/Power Factory搭建了系统仿真实验平台,验证了在系统受扰情况下,所提出的频率稳定控制器可以有效提高系统的频率响应性能。     

带有不确定性异结构混沌系统的有限时间同步

研究带有未知参数和外界扰动的异结构混沌系统有限时间同步,采用自适应控制方法实现系统的有限时间同步,引入虚拟未知参数有效地避免控制器和参数更新率中出现系统未知参数问题。通过数值仿真验证了该方法的有效性。