针对变量柱塞泵传统控制方法难以实现快速性、稳定性、鲁棒性的兼顾,也不能估计并利用泵的状态参数进行全生命周期内的性能优化等问题,提出了一种基于状态观测器的变量柱塞泵流量LQ最优控制(Linear Quadratic Optimal Control)方法,在改善泵控制性能的同时实现了泵不可测状态参数的在线估计。以A4VSO40柱塞泵为例,建立了变量柱塞泵的数学模型,以状态误差和控制输入的二次型约束为性能指标,设计了变量柱塞泵流量的LQ最优控制器,针对实际中因测量条件或成本限制难以测得全部状态参数以及测量噪声等问题,设计并引入了卡尔曼滤波状态观测器。仿真结果表明,所提出的基于状态观测器的LQ最优控制方法不仅可以实现状态参数的估计、减小噪声对状态参数估计的影响,而且相较于PID控制和LQ最优控制,流量阶跃响应的超调量分别下降了24%和5%,验证了所提控制...

针对国产液压垫位置控制精度差,生产效率低的问题,提出了一种基于S型曲线规划方法的最优控制策略。首先,分析了泵控液压垫预加速阶段高精度的控制要求,提出了S型曲线规划方法来减小系统运行过程中的冲击振动;其次,构建了最优控制二次型函数,并设计了基于速度位置复合控制要求的最优控制策略;最后,搭建了泵控液压垫模拟实验台,对提出的控制策略进行试验研究。结果表明,基于S型曲线规划的最优控制策略相比于传统的PID控制,速度和位置控制都可以获得较好的控制效果,将为电液伺服泵控液压拉伸垫的工程推广与应用奠定良好的基础。

针对链传动系统结构复杂以及刮板链张力分布分析困难的问题,基于状态观测器设计研究了刮板链的张力分布特性。利用Adams仿真软件构建刮板输送机的链传动虚拟样机模型,并基于有限元分析法建立了链传动系统的离散化数学模型,通过设计状态观测器实现对刮板链张力分布的估算,为刮板输送机的运行状态评估提供了有效依据。

为进一步提高玉米收获机自动控制性能及作业效率,针对割台高度调节准确度较差的问题,提出一种基于状态估计的改进趋近律优化滑模控制方法。与PID控制方法、传统滑模控制方法进行实验对比,验证了该鲁棒滑模优化控制方法有效提高了液压系统的控制精度,增强了控制系统的鲁棒性,为玉米收获机自动调高装置控制策略研究提供参考。

永磁直驱伺服系统由于摩擦和扰动的存在,无法满足系统准确性和稳定性的要求。基于此,提出采用自适应摩擦估计方法实现对系统中摩擦力矩的观测和补偿。建立直驱伺服系统的数学模型,设计了用于摩擦估计的状态观测器模型,为获得摩擦力矩的一般表达形式,通过多项式拟合,结合观测器输出,建立新的摩擦力矩一般表达式;提出一种具有补偿反馈和比例积分反馈的控制律,通过试验验证了提出的摩擦估计模型的有效性;开展了弦信号和方波信号下的试验研究。结果表明:所设计的控制方法能够有效估计和补偿系统中摩擦力,实现转角位置的高精度跟踪。

为分析不同控制方法在阀控液压马达角位移控制系统中的应用效果,分别基于PID闭环控制、极点配置法及含有状态观测器的极点配置法对阀控液压马达角位移随动系统动态特性进行对比研究。首先,简要介绍了阀控液压马达系统的工作原理;其次,分别建立了阀控液压马达角位移控制系统的传递函数、方框图及状态空间表达式,并对该系统的时-频域特性与能控-能观测性进行分析;在此基础上,分别基于3种控制方法对阀控液压马达角位移控制系统进行设计,并利用MATLAB/Simulink软件对系统阶跃响应进行了仿真分析,以对比各控制方法在阀控液压马达系统中的应用效果以及状态观测器极点位置对系统动态特性的影响,为改善阀控液压马达系统的动态特性提供理论依据。

电液混合驱动机械臂是一个多节点耦合的机械自动化装置,针对电液混合驱动系统故障导致机械臂工作不稳定的问题,在机械臂系统结构和动力学模型基础上,设计状态观测器分别观测电驱动和液压驱动系统的动作状态,利用主从式故障检测拓扑结构来检测电液混合驱动系统的故障,在搭建的电液混合驱动机械臂故障检测实验台架通过故障阈值标定技术验证采用的故障检测技术的可行性,实验结果表明所设计的故障检测技术能够快速准确的检测出机械臂工作阶段的故障。

以一级倒立摆为被控对象,详细介绍了倒立摆的状态方程建模过程。在此基础上,介绍了基于状态观测器的输出反馈控制器理论。分析了状态观测器的建立过程,当系统能控、能观时,对分离定理进行了详细说明。以一级倒立摆的状态方程为对象,根据分离定理,建立了基于一级倒立摆的状态观测器的输出反馈控制器闭环系统动态特性方程,并以该方程为研究对象,用MATLAB对该系统进行了仿真研究。结果表明,用状态估计值代替系统的真实状态后所得的闭环系统仍然具有原闭环系统渐进的稳定特性和良好的动态性能。

利用基于二次调节技术的主动升沉补偿实验平台,设计为轮机工程专业配套的在线波浪预报实验,钢丝绳动态伸长量状态观测实验以及主动升沉补偿综合实验.此三实验涉及了前馈控制,状态观测器设计方法等现代自动控制理论的相关知识点,包含了Matlab编程、仿真、实操验证以及数据处理等环节.实验具有学科前沿性,在深化和巩固所学知识点的过程中能够全方位地锻炼学生的科研能力.

根据非对称缸电液位置伺服系统的组成,对系统中的阀控非对称缸的数学模型进行了研究,得出基于全状态反馈的电液伺服系统的框图和仿真模型.控制器采用全维状态观测器实现状态反馈,以二阶工程最佳为优化目标.仿真结果表明：该控制器实现了液压位置伺服系统的极点配置,完成了优化目标,验证了全状态反馈控制应用在非对称缸电液伺服系统中的可行性.