自适应控制技术
在先进控制技术的课堂上,我第一次接触到了先进控制这一新鲜的名词,并对其产生了十分浓厚的兴趣。在课下,我利用图书馆的藏书资源以及网络资源,对先进控制技术这门学科进行了进一步的学习,当然由于我个人水平有限,自学所得到的只是这门学科的皮毛,下面,我就将我学习的成果作以简要的叙述。
先进控制(advanced control),顾名思义,就是将现阶段较为先进的技术应用的控制领域,用于完成更好的控制效果的过程。它不同于常规PID控制,并具有更好的控制效果。采用先进控制技术的过程控制称为高等过程控制(APC-advanced process control),也称先进过程控制。先进控制技术只是一个统称,它包括了许多具体的控制技术,如自适应控制、预测控制、推理控制、多变量控制、及故障检测和优化控制等等都属于先进控制的范畴。
在上述的各种先进控制方法中,我着重研究了自适应控制方法。自适应控制的基本思想可以归纳为:当对被控对象的本身特性及其外部环境了解不多时,或者它们在正常运行中有变化时,需要设计出一个高性能的控制系统,它能根据对象实际运行情况自动地调节控制律,以实现人们所期望的控制结果.这就是自适应控制技术的基本思想,也是它所要达到的基本目的。
自适应控制技术的历史大概有四十多年,这段历史大致可以分成三个阶段:
1.第一阶段-应用探索阶段
从五十年代初开始到七十年代初,这是自适应控制的理论、产生兴起、应用探索的阶段。在这个阶段,其理论和方法尚不成熟,属于萌芽阶段。
2.第二阶段-应用开始阶段
随着控制理论和计算机技术的发展,从七十年代初开始到八十年代初,自适应控制有
了突破性进展,尽管当时应用项目不多,但确实证明自适应控制是有效的.人们对自适应控制的兴趣增加了,到八十年代开始自适应控制的应用,根据帕克斯等人的文章统计至少有58项,具有代表性意义的有6项。
3.第三个阶段-应用扩展阶段
从七十年代末八十年代初到现在,自适应控制技术进一步推广应用。此时随着控制理论和计算机技术的发展,自适应控制取得重大进展,在光学跟踪望远镜、化工、冶金、机加工和核电中的成功应用也充分证明了其有效性;此后,自适应控制技术的应用更得到大幅度扩展;目前从美国新的登月计划到临床医学领域,自适应控制技术的应用都方兴未艾。
自适应控制的基本方法是通过不断监测被控对象,根据其变化调整控制参数,从而使系统运行于次优甚至最优状态。但是,反馈控制已可较精确地控制绝大部分时变对象,若有必要,在某些应用场合下增加前馈控制还可达到减少输入扰动影响的目的,提高系统的鲁棒性。有了反馈控制,我们之所以还要引入自适应控制,其原因是对于某些对象具有很大的不确定性、时变性和内外扰动,简单的反馈控制或反馈加前馈控制效果很不理想。长期以来,这是自动控制领域所面临的一个非常具有挑战性的问题。而自适应控制在解决这类问题的效果上还是很好的,所以在这样的背景下,自适应控制应运而生。
下面介绍的内容是自适应控制在工程上的一些应用:
(一)在工业过程控制中的应用
工业过程控制自20世纪30年代后期以来已越来越依赖自动化装置,其中PID
控制是应用最为广泛的控制形式,它具有结构简单、调试方便等特点,对一般工
业过程控制具有较好的调节性能。最近30多年,自适应策略在工业过程控制中获得了广泛的应用,主要包括化工过程、食品生产过程、冶金与金属材料加工过程
等应用领域。
(二)在电力系统控制中的应用
电力系统是一个典型的高维数、强非线性的复杂系统,它的数学模型中包含了众多不确定参数和难以建模的动态过程。自适应策略在电力系统控制中的应用主
要包括锅炉蒸汽温度和压力调节、蒸汽轮机与燃气轮机的优化控制、发电机励磁
系统控制、电力系统稳定器控制、互连电力系统发电量控制等方面。自适应控制
理论的出现为励磁系统设计提供了新的方法和工具。对于单机无穷大系统中系统
电抗和无穷大母线电压的时变及不确定特性,清华大学张风营建立了一种新的发
电机自适应励磁控制器,根据发电机运行状态由强跟踪滤波器实时估计系统的扰
动信息,能够准确获得单机无穷大模型中的系统参数,以调整控制器参数,提高
了系统受扰情况下的稳定性。
(三)在机电系统中的应用
自适应原理在高精密机电或电液控制系统中的应用主要有机器人、高性能轴承、电机或液压伺服系统等几个领域。北京航空航天大学的魏彤和房建成提出一种磁
悬浮控制力矩陀螺磁轴承的变工作点线性化自适应控制方法,在磁悬浮转子稳定
前提下使框架转速由6.25°/s提高到9.5°/s。该方法能有效补偿框架运动时的磁轴承力非线性,大幅提高框架转速较高时的磁悬浮转子系统稳定性。
(四)在结构振动控制中的应用
密西根科技大学的Schultze John F.等对一种类似机翼的悬臂梁柔性结构采
用自适应模态空间控制。对于时变系统,该控制器的频带较宽,且具有很好的解
耦性能。迈切斯特大学的顾志强等结合RBF神经网络辨识器和PID神经网络控制
器构成建筑结构自适应控制系统,对于受外部扰动 (不同的地震载荷)的线性单自由度建筑结构,该控制方法能有效地抑制其振动。
(五)在导航与自动驾驶中的应用
随着飞机性能的不断提升,尤其是宇宙飞船的出现,航天航空领域对自适应控制的兴趣日益增加。美国宇航局的Gupta Pramod等提出了利用贝叶斯方法查证将基于神经网络的自适应方法用于现代巡航导弹控制的安全与可靠性, 并给出了在NASA的智能飞行控制系统中的模拟结果。由于海况变化较大,在大型船舶自动驾
驶仪中采用自适应控制取代传统的 P I D控制,可提高经济性、精确度和自动化
程度。到20世纪80年代,除了航向,船舶的侧摆也可通过对方向舵液压伺服系
统的自适应调节加以控制。
下面,将针对自适应控制在今后的发展方向作以简要的介绍:
对应上述存在的问题, 自适应控制研究在今后一段时期内的发展还需要从理
论研究和工程实用技术两个方面继续努力, 具体可归纳为以下 5个方面: (1)适应控制方法的规范化,即进行有实际意义的分类研究,把特性接近的对象作为一个大类进行研究,提出具有一定通用性的控制模型,同时对系统结构与
组成进行规范化, 从而增加系统的开放性与可移植性。
(2)在保证自适应控制精度的前提下,研究快速收敛的参数估计算法,探索
工程实用方法以快速确定参数估计的初值与计算范围,解决启动与过渡阶段的动
态性能问题。
(3)研究鲁棒自适应控制方法,解决高频未建模问题。
(4)今后阶段应发展快速高效的全系数自适应控制方法,减少甚至取消现场调试。
(5)研究组合自适应控制策略,主要有自适应 PID 控制和智能自适应控制等。 下图为分别为模型参考自适应控制系统和自校正调节器的框图,通过对框图的研究,我们可以初步的了解自适应控制的基本思想:
由于自适应控制在设计方法上还不够完善,且科学技术与应用环节有脱节现象,致使目前用于电力系统及其它工业过程控制的自适应控制器产品并不多。据不完全统计,目前的产品主要有:美国Leeds 和Northrup 的自校正PID 控制器,瑞士AseaBrown Boveri 公司的自适应调节器,美国Foxboro 公司的自整定的PID 调节器EXACT ,英国Turbull Control 公司的自适应PID 控制器,瑞典 First Control Systems 公司的自适应调节器,日本横河公司的自整定PID 调节器YS —80E ,以及美国 Fisher Control 公司的DPR —9000自动整定PID 调节器。
下面是关于自适应控制律的讲解:
首先,是基本的控制律,为方便起见,我们将模型直接写成d-步超前预报的形式,即:
11(k d)(q )y(k)(q )u(k)y αβ--+=+ (1)
其中,(k)y 表示系统的输出,(k)u 表示系统的输入,k 是离散时间,且有:
自适应控制问题一般的是:给出期望的输出序列*{y (k)},设计一个自适应控律,使被控系统达到闭环稳定,并且渐进达到零稳态跟踪误差,即:
*lim(y(k)y (k))0k →∞
-= (2) 若记:
则(1)式可以写成:
0(k d)(t)T y φθ+=
我们定义输出跟踪误差为:
如果我们选择{u(k)},使其满足:
那么,很明显跟踪误差将为零。这里我们假设0θ是未知的,并且用参数估计值来代替0θ,依据一定等价原理,我们可将上式替换成:
*?(k)(k)(k d)T y φθ
=+
其中?(k)θ表示(k)θ在时刻k 用适当的辨识方法得到的估值。
其次是一步预报自适应控制律: 用随机梯度算法来估计参数,我们可以得到下面的自适应控制律。
(1) 参数估计算法:
(3)
(2)一步预报自适应控制律:
*?(k)(k)(k d)T y φθ
=+ (4) 在(3)式中,?(k)θ
是p 维实向量,并依赖初始估计?(0)θ和()y τ,0k τ≤≤;()u τ,0k d τ≤≤-。(4)式是时变的反馈控制律,u(k)可以具体的写成下面的形式:
自适应控制文献综述 卢宏伟 (华中科技大学控制科学与工程系信息与技术研究所 M200971940) 摘要:文中对自适应控制系统的发展、系统类型、控制器类型以及国内外自适应控制在工业和非工业领域的应用研究现状进行了较系统的总结。自适应控制成为一个专门的研究课题已超过50年了,至今,自适应控制已在很多领域获得成功应用,证明了其有效性。但也有其局限性和缺点,导致其推广应用至今仍受到限制,结合神经网络、模糊控制是自适应控制今后发展的方向。 关键字:自适应控制鲁棒性自适应控制器 1.自适应控制的发展概况 自适应控制系统首先由Draper和Li 在1951年提出,他们介绍了一种能使性能特性不确定的内燃机达到最优性能的控制系统。而自适应这一专门名词是1954年由Tsien在《工程控制论》一书中提出的,其后,1955年Benner 和Drenick也提出一个控制系统具有“自适应”的概念。 自适应控制发展的重要标志是在1958午Whitaker“及共同事设计了一种自适应飞机飞行控制系统。该系统利用参考模型期望特性和实际飞行特性之间的偏差去修改控制器的参数,使飞行达到最理想的特性,这种系统称为模型参考自适应控制系统(MRAC系统)。此后,此类系统因英国皇家军事科学院的Parks利用李稚普诺夫(Lyapunov)稳定性理论和法国Landau利用Popov 的超稳定性理论等设计方法而得到很大的发展,使之成为—种最基本的自适应控制系统。1974年,为了避免出现输出量的微分信号,美国的Monopli 提出了一种增广误差信号法,因而使输入输出信号设汁的自适应控制系统更加可靠地应用与实际工程中。 1960年Li和Wan Der Velde提出的自适应控制系统,他的控制回路中用一个极限环使参数不确定性得到自动补偿,这样的系统成为自振荡的自适应控制系统。 Petrov等人在1963年介绍了一种自适应控制系统,它的控制数如有一个开关函数或继电器产生,并以与参数值有关的系统轨线不变性原理为基础来设计系统,这种系统称为变结构系统。 1960到1961年Bellman和Fel`dbaum分别在美国和苏联应用动态规划原理设计具有随机不确定性的控制系统时,发现作为辨识信号和实际信号的控制输入之间存在对偶特性,因而提出对偶控制。 Astrom和Wittenmark对发展另一类重要的自适应控制系统,即自校正调节器(STR)作出了重要的贡献。这种调节器用微处理机很容易实现。这一有创见的工作得到各国学者普遍的重视,并且把发展各种新型的STR和探索新的应用工作推向新的高潮,使得以STR方法设计的自适应控制系统在数量上迢迢领先。在这些发展中以英国的Clarker和Gawthrop在1976年提出的广义最小方差自校正控制器最受重视。它克服了自校正调节器不能用于非最小相位系统等缺点。为了既保持自校正调节器实现简单的优点,又有拜较好的
无人机自主控制技术发展与挑战杨华中 发表时间:2020-04-14T13:39:33.530Z 来源:《建筑模拟》2020年第2期作者:杨华中 [导读] 在信息科技时代,无人机的使用将越来越普遍,它们能够在实施火力打击时提供精准定位,并且深入危险区域进行科学探查,降低了人员伤亡。目前的无人机系统大多需要人工操控,提升无人机的智能性,实现全自动化控制,将是其发展的必由之路。文章结合该行业现状,进行无人机自主控制技术及发展分析。 中国电子科技集团公司第三十八研究所安徽省合肥市 230000 摘要:在信息科技时代,无人机的使用将越来越普遍,它们能够在实施火力打击时提供精准定位,并且深入危险区域进行科学探查,降低了人员伤亡。目前的无人机系统大多需要人工操控,提升无人机的智能性,实现全自动化控制,将是其发展的必由之路。文章结合该行业现状,进行无人机自主控制技术及发展分析。 关键词:无人机;自主控制技术;发展;挑战 1无人机系统自主控制技术简介 无人机系统的自主控制技术指通过提升现有的控制技术水平,为无人机植入一定的人工智能程序,使之具有对当前形势的判断能力,能够根据实际形势出某些决策,从而提高其自主性能。在军工方面,主要是使无人机能够自发处理某些突发情况,例如突然的通信中断,并且使其不受距离限制,能够在超远距离进行侦查和军事打击等作业。在民用方面,则是提升其工作效率、减少人工投入、降低成本。随着无人机数量的增多与市场的扩大,自主控制技术的研究与应用成为必然。 2无人机系统自主控制技术的应用 2.1地质勘测 在进行城市的水利工程规划、建筑设施规划、铺就公路之前,都需要建立城市的整体或局部地形图,人工绘图效率低下、准确度低,在稍有疏漏便可能产生极大安全隐患的水利工程中,人工绘图的误差是致命的。因此,应当采用无人机技术进行勘测,再将所获得的数据通过计算机软件加以整合和处理,最终绘制出完整的地形图。另外,它可以和建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)技术结合,最终呈现城市地形图的3D化可视模型。在一些复杂工程中,平面图已经满足不了施工的需要,采用无人机技术获得精准的数据后,再应用BIM技术绘制城市的立体地形图,可以为城市规划建设提供极大的便利。 2.2信息对抗 由于无人机的特性,其可以在恶劣环境中起飞,并对光电信息可以实施对抗活动。自主控制技术的应用可以使无人机具备判断通信设备种类的功能和评估重要性的能力,自主寻找敌方重要侦查基地并实行信息阻隔,扰乱对方的指挥系统,阻断侦查能力,为己方抢得先机。在信息时代,往往几分钟就能改变战局,自主控制技术恰恰可以让无人机抢得关键时间,帮助己方获胜。 2.3军事打击 应用无人机的自主控制技术可以使无人机自动寻找和锁定重要军事目标,并自发进行信息反馈。作战无人机携带有不同种类的作战单元,可以在发现目标后第一时间做出判断并实施军事打击,不会因来回传播信息和命令延误战机,可以大大提升部队的作战能力。战术无人机在某些特定环境下可以直接作为导弹的替代品,用于摧毁敌方雷达和重要通信设备,以及直接切断对方通信联系等,对其指挥系统造成严重干扰。另外,军用小型无人机大多造价低廉,可用作自杀式袭击的道具,自控技术可以使其自主判断当前战局形势,从而决定是否发起攻击。大型无人机则可以实现全球快速打击,可代替巡航机,一旦发现可疑目标,在警告无果后自动发起攻击,防止其在短时间内达到侦测等目的[2]。 2.4环境监测 在我国经济组成中,第二产业仍然占据很高的比重,尤其是各种重工业,会产生对环境有严重污染的废弃物,处理这些产物将大大增加企业的生产成本,因此许多企业选择在半夜偷偷排放有毒物质和进行其他非法活动,人工监测成本极高,并且难度大。自动控制的无人机可以对大气或者水源中的污染物质含量进行检测,并能够自动判定风向和水流方向,寻找其源头、获取证据,从而有效减少此类现象的发生。 2.5生态环境保护和野生动物研究 在进行经济建设的同时,必须注重对环境的保护,决不能本末倒置、罔顾生态。实际上,在人类聚居地的建设过程中,对于周围生物生存环境的影响是无法避免的,而采用无人机技术可以将影响降到最低。具体操作:先投放应用同位素进行标记的食物,附近动物食用后则会被标记,然后,可应用无人机进行自动追踪,在不惊扰野生动物的前提下确认其位置,经过一段时间的观察后,可大致确定不同动物种群的活动范围。在进行城市规划时,尽量避开动物聚集区域,或是将该地区的树木等进行移植,让动物随之迁徙,而在进行旅游地划分时也可尽量避免破坏野生动物聚居区。同样地,拥有自动控制功能的无人机可以对野生动物进行自动跟拍,这对于生物学家研究生物的栖息环境和习惯等具有十分重要的意义。 2.6摄影 在体育领域,某些极限运动很难做到跟拍摄影,例如蹦极、滑雪等,而利用无人机可以全程跟拍,并自动调整焦距、拍摄角度等,获取珍贵的视频和照片。另外,在某些大型活动中,例如婚礼、阅兵等,采用无人机系统可以方便地记录整个过程。 3无人机系统自主控制技术发展要点 3.1扩频通信技术 由于无人机采用的微波通信技术的普及,空气中各种频段的电磁波泛滥,障碍物也较多,波具有干涉和衍射的性质,同频段的电磁波之间也会进行干涉和叠加,干扰现象十分严重。因此无人机需要在干扰较强时自主采用扩频技术,有效减少和防止干扰,提升通信质量,如此一来,无论是军用还是民用都能得到极大的便利。 3.2不确定环境下多台无人机的协调工作 在许多复杂的作战环境下,操作人员会与无人机失去联系,此时就需要无人机根据当前形势自主决定撤退或是继续工作,但单个无人机所能获取的信息有限,因此做出的分析可能较为片面。若能实现多台无人机协调工作和信息共享,则能够较为全面地了解环境,从而做
(一)常用低压电器 一、填空题 1、选择接触器时应从其工作条件出发,控制交流负载应选用(交流接触器);控制直流负载 则选用(直流KM)。 2、接触器选用时,其主触点的额定工作电压应(大于)或(等于)负载电路的电压,主 触点的额定工作电流应( > )或( = )负载电路的电流,吸引线圈的额定电压应与控制回路(电压相一致)。 3、中间继电器的作用是将一个输入信号变成(多个)输出信号或将信号(转化成其它信号)。 4、试举出两种不频繁地手动接通和分断电路的开关电器( KT )、( FR )。 5、试举出两种主令电器(按钮SB )、(行程开关SQ )。 6、试举出组成继电器接触器控制电路的两种电器元件( KM )、( FR )。 7、当电路正常工作时,熔断器熔体允许长期通过1.2倍的额定电流而不熔断。当电路发生(短 路)或(过载)时,熔体熔断切断电路。 8、熔断器熔体允许长期通过1.2倍的额定电流,当通过的(电流)越大,熔体熔断的(时间) 越短。 9、凡是继电器感测元件得到动作信号后,其触头要(延迟)一段时间才动作的电器称为(时 间)继电器。 10、当接触器线圈得电时,使接触器(敞开触点)闭合、(常闭触点)断开。 11、热继电器是利用电流的(发热)原理来工作的保护电器。它在电路中主要用作三相异步 电动机的(过载及断相保护)。 12、控制设备按其操作方式分为(点动)控制和(连动)控制。 13、自动空气开关又称(低压断路器),当电路发生(过载或短路)以及(欠电压) 等故障时,能自动切断故障电路。 14、主令电器种类繁多,常用的主令电器有(按钮)和(行程开关)等。 15、熔断器主要由(熔体)和安装熔体的(外壳)组成。 16、交流接触器上的短路环的作用是减少吸合时产生的(强烈震动和噪声)。 17、低压控制电器常用的灭弧装置有(灭弧罩)、(灭弧栅)两种。 二、判断题 1、一台额定电压为 220V 的交流接触器在交流 220V 和直流 220 V的电源上均可使用。(×) 2、交流接触器通电后如果铁心吸合受阻,将导致圈烧毁。(×) 3、交流接触器铁心端面嵌有短路铜环的目的是保证动、静铁心吸合严密,不发生震动与噪声。(√) 4、直流接触器比交流接触器更适用于频繁操作的场合。(√) 5、低压断路器又称为自动空气开关。(√) 6、只要外加电压不变化,交流电磁铁的吸力在吸合前、后是不变的。(×) 7、直流电磁铁励磁电流的大小与行程成正比。(×) 8、闸刀开关可以用于分断堵转的电动机。(×) 9、熔断器的保护特性是反时限的。(√) 10、低压断路器具有失压保护的功能。(√) 11、一定规格的热继电器,其所装的热元件规格可能是不同的。(√) 12、无断相保护装置的热继电器就不能对电动机的断相提供保护。(×) 13、热继电器的额定电流就是其触点的额定电流。(×) 14、热继电器的保护特性是反时限的。(√) 15、行程开关、限位开关、终端开关是同一种开关。(√) 16、万能转换开关本身带有各种保护。(√)
IRB1600型机器人的运动学分析及仿真
目录 1.引言................................................................................................................ - 2 - 1.1 ABB公司简介.................................................................................... - 3 - 1.2ABB发展历史 .................................................................................... - 4 - 2. IRB1600 ........................................................................................................ - 5 - 2.1 IRB1600的资料................................................................................. - 6 - 2.2建立基于D-H方法的连杆坐标系 ................................................... - 8 - 2.3建立六自由度点焊机器人的运动学方程....................................... - 10 - 3. 虚拟样机的建立........................................................................................ - 12 - 3.1 导入.................................................................................................. - 12 - 3.2 添加约束副...................................................................................... - 13 - 3.3 基于ADAMS的机器人运动学仿真 ............................................. - 14 - 4. 结语............................................................................................................ - 18 - 5. 参考资料.................................................................................................... - 19 -
一、 设计任务书 设计任务是考虑到飞机的姿态控制问题,姿态控制转换简化模型如图所示,当飞机以4倍音速在100000英尺高空飞行,姿态控制系统的参数分别为: 4,0.1,0.1,0.11 1====a a a K ωεωτ 设计一个校正网络(),s G c 使系统的阶跃响应超调量小于5%,调节时间小于5s (按2%准则)
2、计算机辅助设计 (1)simulink仿真框图 Simulink仿真框图 双击scope显示图像,观察阶跃相应是否达到指标
放大图像观察超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足要求 (2)绘制bode 图
校正前的bode图 校正后的bode图
(3)绘制阶跃相应曲线 校正前的阶跃相应曲线 校正后的阶跃相应曲线
三、校正装置电路图 前面为放大装置放大25倍,后面为超前补偿电路,它自身的K 为0.1,相乘之 后为指标中的2.5,校正装置电路完成1 60 ) 16( 5.2++= s s G c 。 四、设计结论 设计的补偿网络为1 60 ) 16( 5.2++=s s G c 。经过仿真得出超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足 要求。 五、设计后的心得体会 实际的控制系统和我们在书中看到的标准系统差别很大,参数的要求比书 中要求相对要苛刻,在设计校正网络的过程中,遇到很多困难超前滞后用根轨迹法无法求出,只能用simulink 画出仿真框图,通过经过一定的计算大概确定某些参数,通过不断地尝试修改,才能最终得到满足指标要求的阶跃相应曲线,很多时候现实中的参数没有书中的参数给的那么简单,会遇到很多难以想象的复杂状况,所以我们学习控制原理关键是学习怎么处理,如何应用好软件来配合完成系统的设计,现代控制理论不能单纯的通过简单的计算得出结论的,需要我们熟练运用软件来辅助设计,这样我们才能设计好一个校正网络。
摘要 随着自动控制技术和智能决策技术的不断发展,无人机凭借其低成本,零伤亡,可重复使用和高机动等优点,成为了当代战争的重要作战工具之一,有着不可替代的作用。旋翼式飞行器作为一种无人机,其起飞和降落所需空间较少,在障碍物密集环境下的操控性较高,以及飞行器姿态保持能力较强的优点,在民用和军事领域都有广泛的应用前景。尤其是近年来对四旋翼飞行器的研究成果较多,融合了自动控制、传感以及计算机科学等诸多技术,成为了未来无人机的主要发展趋势,并成为目前重点的研究对象。 由于四旋翼飞行器具有体积小、重量轻、功耗低、具有多变量、非线性、强耦合、欠驱动等特性,其控制问题一直是该领域的研究重点。本论文的主要工作如下: 1)本文首先对小型四旋翼飞行器的国内外研究现状进行了简单的介绍;介绍四旋翼无人飞行器涉及的关键技术,设计了四旋翼无人飞行器整体结构,包括四旋翼无人飞行器的机械结构、控制系统硬件,搭建四旋翼无人飞行器研究平台。 2)对四旋翼无人飞行器进行力学分析,以小型四旋翼飞行器为实际对象,对四旋翼的建模和控制方法做了研究。根据对四旋翼飞行器的机架结构和动力学特性做详尽的分析和研究,在此基础上建立四旋翼飞行器的动力学模型,四旋翼飞行器有各种的运行状态,并对飞行器进行力学分析。 3)通过选取四旋翼无人飞行器在运动过程中的受力分析,完成对其动力学模型的建立,通过对传递函数做适当简化得到了系统仿真模型。进一步推出四旋翼无人飞行器在旋转运动和直线运动上的传递函数,针对现有四旋翼无人飞行器结构,建立机体坐标系,为四旋翼无人飞行器的飞行控制器的设计提供了可靠的控制模型。 4)通过Matlab中的Simulink模块,分别对姿态回路PI控制算法、姿态和位置回路的PID控制算法和积分分离PID控制算法进行了仿真,通过对PID飞行控制算法进行Matlab仿真可知,四旋翼无人飞行器在PI、PID、积分分离PID 控制算法下是可控的。 通过仿真观察到飞行器能够基本达到稳定飞行的目的,不过在在实际检测系统中还是容易受到干扰,所以还是需要必要的控制。再验证了控制算法的有效性,
先进控制技术大作业
自适应控制技术综述及仿真 1自适应控制系统综述 1.1自适应控制的发展背景 自适应控制器应当是这样一种控制器,它能够修正自己的特性以适应对象和扰动的动特性的变化。这种自适应控制方法应该做到:在系统运行中,依靠不断采集控制过程信息,确定被控对象的当前实际工作状态,优化性能准则,产生自适应控制规律,从而实时地调整控制器结构或参数,使系统始终自动地工作在最优或次最优的运行状态。自从50年代末期由美国麻省理工学院提出第一个自适应控制系统以来,先后出现过许多不同形式的自适应控制系统。模型参考自适应控制和自校正调节器是目前比较成熟的两类自适应控制系统 模型参考自适应控制系统发展的第一阶段(1958年~1966年)是基于局部参数最优化的设计方法。最初是使用性能指标极小化的方法设计MRAC,这个方法是由Whitaker等人于1958年在麻省理工学院首先提出来的,命名为MIT规则。接着Dressber,Price,Pearson等人也提出了不同的设计方法。这个方法的主要确点是不能确保所设计的自适应控制系统的全局渐进稳定;第二阶段(1966~1974年)是基于稳定性理论的设计方法。Butchart和Shachcloth、Parks、Phillipson等人首先提出用李亚普诺夫稳定性理论设计MRAC系统的方法。在选择最佳的李亚普诺夫函数时,Laudau采用了波波夫超稳定理论设计MRAC系统;第三阶段(1974-1980年)是理想情况(即满足假定条件)下MRAC系统趋于完善的过程。美国马萨诸塞大学的Monopoli提出一种增广误差信号法,当按雅可比稳定性理论设计自适应律时,利用这种方法就可以避免出现输出量的微分信号,而仅由系统的输入输出便可调整控制器参数;针对一个控制系统控制子系统S进行研究,通常现代控制理论把大型随机控制系统非线性微分方程组式简化成一个拥有已知的和具有规律变化性的系统数学模型。但在实际工程中,被控对象或过程的数学模型事先基本都难以仅采用简单的数学模型来确定,即使在某一特定条件下确定的数学模型,在条件改变了以后,其动态参数乃至于模型的结构仍然可能发生变化。为此,针对在大幅度简化后所形成的拥有已知的和预先规律变化性的系统数学模型,需要设计一种特殊的控制系统,它能够自动地补偿在模型阶次、参数和输入信号方面未知的变化,
无人机自主控制关键技术新进展 摘要:无人机自主控制技术在我国具有非常关阔的发展前景,其可以广泛的应用于军事、生产及生活的各个方面,随着我国科学技术的不断进步,针对无人机自主控制技术的探索也在不断攻坚克难,新技术的广泛应用大大提升了无人机自主控制技术的水平,将我国无人机系统的建设带入了更为先进和智能化的领域,在未来一段时间内我国仍将致力于对无人机自主控制关键技术的研发与创新,以实现无人机自主控制在各个领域的有效应用。 关键词:无人机;自主控制;关键技术 引言 顾名思义,无人机就是无人驾驶的航空器,它们的操控者往往位于较为安全的地面,并通过各类飞行控制系统遥控无人机的飞行方向与各类功能。与常规航空器相比,无人机最大的优势在于保障了驾驶员的个人安全,同时,无人机还具有生产成本较低、生存能力强、作战效率高等优点。自上世纪七十年代起,无人机被广泛运用过战场侦测、信息干扰等方向,并取得了极大的战术成果,如海湾战争、科索沃战争以及阿富汗战争等,无人机凭借无人机优势,中断敌方传输网、干扰信息传递等举措,成功帮助军队扩大战果。 1无人机自主控制概述 无人机自主控制技术是无人机系统中的重要环节,其主要是指无人机的自适应控制水平和能力,无人机的自主控制系统可以根据地面站发送的信号指令完成规定的飞行任务,并通过自主检测、信息抓取、状态控制和电机控制等一系列技术执行地面站发送的指令。 无人机自主控制技术可以借助无线通信技术实现信号的接收,并对无人机通信接口的状态进行自主的监测和排查,确保无人机通信系统的正常运行;当系统接收到来自地面站的指令后,获取完成指令所需的飞行信息,在对飞行指令进行结算后,通过程序驱动无人机的自主控制系统,来执行地面站发送的指令,并借助无线传感器与地面站进行实时的通信与数据的共享,帮助地面站实时监测无人机的飞行状态,获取飞行数据,并进行有效的控制,通过自主控制技术的应用实现智能化的飞行指令执行。 2智能化军用无人机自主控制技术发展现状 2.1信息化战场演变 在新军事变革的背景下,战场环境愈发复杂,而在古代战场中,对阵双方往往追求军队的装备与人数,是一种近似于“平推”式的“将对将,兵对兵”;在近代战场中,军需竞赛仍然存在,双方从装甲、防护转变为“高精度、远射程”高端军需技术的研究,这使得近代战争的惨烈程度远超以往;在现代战场中,更多的是一种“软”交锋,战场开始趋向于信息化,对交通运输网络的控制、对信息传递的控制,双方信息的不平等……都是决定战场走向的关键,相比之下,尖端武器装备的威慑性仍然存在,但却属于“台面”,双方不会轻易发动。 2.2自主控制技术发展 无人机自主控制技术得益于微电子技术以及微机电系统技术(MicroElectroMechanicalSystem,MEMS)的支持,在现代科学生产力推动下,无人机系统集成度被不断提高,相关性能也在被不断完善。在第五次中东战争中,以色列空军凭借无人机带
作业2 一、填空 1.控制设备是用来控制供给电动机电能的形式与时间,使其适应生产机械需要的设备。 2.电源是电动机和控制设备的能源,分为交流电源和直流电源。 3.电气传动系统按照驱动电动机的不同,分为直流驱动系统和交流驱动系统两大类。 4. 电气传动系统按照有无反馈装置,分为闭环电气传动系统与开环电气传动系统。 5.直流电动机具有良好的启动和控制性能,尤其是它的调速性能良好,可以方便地在很宽的范围内平滑调速。 二、判断 1.车床、钻床、铣床、镗床都采用电气传动系统。(√) 2.减速箱不属于传动机构。(╳) 3.控制设备由各种控制电动机、电器、自动化元件及工业控制计算机等组成(√)4.为使控制系统具有良好的静态与动态特性,常采用反馈控制系统。(√) 5.晶闸管不能作为连续控制系统的元器件。(╳) 6.最初自动控制是用数量不多的继电器、接触器等组成。(√) 三、简答 1.什么叫电气传动?电气传动有哪几部分组成?各部分的作用是什么? 答:电气传动是指电动机驱动生产机械的工作机构使之运转的一种方法。 电气传动系统主要由电动机、传动机构、控制设备和电源四个基本环节组成。电动机是生产机械的原动机,其作用是将电能转成机械能;传动机构是在电动机与生产机械的工作机构之间传递动力的装置;控制设备用来控制给给电动机电能的形式与时间,使其适应生产机械需要的设备;电源是电动机和控制设备的能源。 2.电气传动的优点有哪些? 答:1.方便经济。2.效率高。3.调节性能好4.易于实现生产过程的自动化。 3.按电气传动方式来分,电气传动的发展经历了哪几个阶段? 答:手动断续控制-继电接触器控制-可编程控制器-数控机床 4.接触器的主要结构有哪些?交流接接触器和直流接触器如何区分? 答:接触器的结构主要由电磁系统,触头系统,灭弧装置和其他部件等组成。直流接触器与交流接触器相比,直流接触器的铁心比较小 ,线圈也比较小 ,交 流电磁铁的铁心是用硅钢片叠柳而成的。线圈做成有支架式 ,形式较扁。因为直流电磁铁不存在电涡流的现象,区分方式如下: (1) 铭牌:AC是交流, DC是直流; (2) 灭弧罩:交流接触器设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头,大的有灭弧栅片。直流接触器由于直流电弧比交流电弧难以熄灭,直流接触器常采用磁吹式灭弧装置灭弧; (3) 极数:交流的主极为三、直流的主极为二; (4) 线圈的铁芯和衔铁:交流的为分片硅钢片、直流为整体式)。 5.交流接触器在衔铁吸合时,线圈中会产生冲击电流,为什么?直流接触器会产生这种现象吗?为什么? 答:交流接触器的线圈是一个电感,是用交流电工作的。吸合前线圈内部没有铁心,电感很小,阻抗也就很小,所以电流大;吸合后铁心进入线圈内部,电感量增大,阻抗增大,所以电流就降下来了。直流接触器工作电流主要取决于其内部电阻,所以不会产生冲击电流。
自动控制原理大作业 1.题目 在通常情况下,自动导航小车(AGV )是一种用来搬运物品的自动化设备。大多数AGV 都需要有某种形式的导轨,但迄今为止,还没有完全解决导航系统的驾驶稳定性问题。因此,自动导航小车在行驶过程中有时会出现轻微的“蛇行”现象,这表明导航系统还不稳定。 大多数的AGV 在说明书中都声明其最大行驶速度可以达到1m/s ,但实际速度通常只有0.5m/s ,只有在干扰较小的实验室中,才能达到最高速度。随着速度的增加,要保证小车得稳定和平稳运行将变得越来越困难。 AGV 的导航系统框图如图9所示,其中12=40ms =21ms ττ, 。为使系统响应斜坡输入的稳态误差仅为1%,要求系统的稳态速度误差系数为100。试设计合适的滞后校正网络,试系统的相位裕度达到50o ,并估计校正后系统的超调量及峰值时间。 ()R s () Y s 2.分析与校正主要过程
2.1确定开环放大倍数K 100) 1021.0)(104.0(lim )(lim =++==s s s sK s sG K v (s →0) 解得K=100 ) 1021.0)(104.0(100++=s s s G s 2.2分析未校正系统的频域特性 根据Bode 图: 穿越频率s rad c /2.49=ω 相位裕度?---=?-?--=99.18)2.49021.0(arctan )2.4904.0(arctan 9018011γ 未校正系统频率特性曲线
由图可知实际穿越频率为s rad c /5.34=ω 2.3根据相角裕度的要求选择校正后的穿越频率1c ω 现在进行计算: ???--=+=---55550)021.0(arctan )04.0(arctan 901801111c c ωω 则取s rad c /101=ω可满足要求 2.4确定滞后校正网络的校正函数 由于1120 1~101c ωω)(= 因此取s rad c /1101 11== ωω)(,则由Bode 图可以列出
第一章 1-1电器为什么需要灭弧装置 答:电路中的电压超过10~12V和电流超过80~100mA,则在动、静触头分离时在它们的气隙中间就会产生强烈的火花或电弧。电弧时一种高温高热的气体放电现象,其结果会使触头烧坏,缩短使用寿命,因此通常要设灭弧装置。 1-2单相交流电磁机构中的短路环的作用是什么三相交流电磁机构中是否也需短路环当接触器内部发出振动噪声时,产生的原因可能有哪几种 答:单相交流电磁机构中的短路环的作用在于它产生的磁通滞后于主磁通一定相位差,它们产生的电磁力与F1之间也就有一相位差。三相交流电磁机构中不需短路环。交流电流要周期过零值,其产生的电磁吸力也要周期过零,这样在释放弹簧反力和电磁力的共同作用下衔铁就要产生振动。 1-3“将三只20A的接触器的触头并联起来,就可正常控制60A的负载;若控制30A的负载,它们的寿命就约延长一倍。”对吗为什么答:不对,前半句是对的,将三只20A的接触器的触头并联起来,就可正常控制60A的负载,但若控制30A的负载,它们的寿命就约延长一倍,是错误的。 1-4额定电流30A的电动机带稳定负载,测得电流值为26A,应如何整定热继电器的额定电流值对于三角形接法的电动机应如何选择热继电器
答:整定热继电器的额定电流值: 三角形接法的电动机在有可能不满载工作时,必须选用带断相保护功能的热继电器。 1-5对保护一般照明线路的熔体额定电流如何选择对保护一台电动机和多台电动机的熔体额定电流如何选定 答:对保护一般照明线路的熔体额定电流等于或稍大于线路的工作电流;对保护一台电动机或多台电动机的熔体额定电流等于或稍大于可能出现的最大电流除以,其中多台电动机,可能出现的最大电流等于容量最大一台电动机起动电流,加上其他各台电动机的额定电流。1-6固态继电器有哪些优缺点在什么场合应优先选用固态继电器 答:优点:工作可靠、寿命长、对外界干扰小、能与逻辑电路兼容、抗干扰能力强、开关速度快、无火花、无动作噪声和使用方便; 缺点:过载能力低,易受温度和辐射影响,通断阻抗比小。 1-7断路器可以拥有哪些脱扣器用于保护电动机需要哪些脱扣器用于保护灯光球场的照明线路需要哪些脱扣器断路器与熔断器相比较,各有什么特点 答:断路器可以拥有分励脱扣器、漏电脱扣器、热脱扣器与过电流脱扣器等;用于保护电动机需要电流脱扣器;用于保护灯光球场的照明线路需要复式脱扣器;断路器是能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流,也能在规定的非正常电路条件下接通、承载一定时间并分断电流的开关电器;熔断器是当通过它的电流超过规定值达一定时间
自适应控制作业 一、题目:受控对象的数学模型为 1p p K x x u T T ? =- + (T 、K 未知) 其中,p x 、u ——系统的状态和控制量 选定参考模型113 3 m m x x r ?=- + ,m x 、r ——参考模型的状态和系统的输 入。 选用模型参考自适应控制方法,求p y 、m y 、前馈增益和反馈增益的 波形。 解: 1、一阶模型参考自适应控制框图: 前馈增益:()0c t 参考模型输出:m y 反馈增益:()0d t 被控对象输出:p y 输出误差:0 p m e y y =- 控制信号:()()()()()00p u t c t r t d t y t =+ 2、一阶自适应控制系统结构图
对象和模型的时域描述如下: 1 ()()()()p p p p p K y a y t k u t y t u t T T ? =-+=- + 11 ()()()() 33 m m m m m y a y t k r t y t r t ? =-+=-+ 选择如下控制规律:()()()()()00p u t c t r t d t y t =+,其中()0c t 和()0d t 是时变反馈增益。闭环系统为 0000()()()()()() [()]()()() p p p p p p p p p p y t a y t k c t r t k d t y t a k d t y t k c t r t ? =-++=--+ 当*001()3m p p k c t c k k == = ,*0031()3p m p p p a a a d t d k k --== = 1()()()()11()()()() 3 3 p p p p p m m m m m K y a y t k u t y t u t T T y a y t y r t y t r t ? ? =-+=- + ==-+=-+ 若取 11/2 25 5/2 p p k s a s s = = +++,那么12 p k = , 52 p a = ,则*01233 p c k = = , * 311333 p p a d k -= = 3、SMULINK 框图
自动控制原理 大作业 (设计任务书) 姓名: 院系: 班级: 学号:
5、 参考图 5 所示的系统。试设计一个滞后-超前校正装置,使得稳态速度误差常数为20 秒-1,相位裕度为60度,幅值裕度不小于8 分贝。利用MATLAB 画出 已校正系统的单位阶跃与单位斜坡响应曲线。 + 一.人工设计过程 1、计算数据确定校正装置传递函数 为满足设计要求,这里将超前滞后装置的形式选为 ) 1)(()1)(1()(2 12 1T s T s T s T s K s G c c ββ++++ = 于就是,校正后系统的开环传递函数为)()(s G s G c 。这样就有 )5)(1()(lim )()(lim 00++==→→s s s K s sG s G s sG K c c s c s v 205 ==c K 所以 100=c K 这里我们令100=K ,1=c K ,则为校正系统开环传函) 5)(1(100 )(++=s s s s G 首先绘制未校正系统的Bode 图 由图1可知,增益已调整但尚校正的系统的相角裕度为? 23.6504-,这表明系统就是不稳定的。超前滞后校正装置设计的下一步就是选择一个新的增益穿越频率。由)(ωj G 的相角曲线可知,相角穿越频率为2rad/s,将新的增益穿越频率仍选为2rad/s,但要求2=ωrad/s 处的超前相角为? 60。单个超前滞后装置能够轻易提供这一超前角。 一旦选定增益频率为2rad/s,就可以确定超前滞后校正装置中的相角滞后部分的转角频率。将转角频率2/1T =ω选得低于新的增益穿越频率1个十倍频程,即选择2.0=ωrad/s 。要获得另一个转角频率)/(12T βω=,需要知道β的数值,
研 究 生 课 程 论 文 (2014-2015学年第一学期) 线性系统的基本特性 研究生:
线性系统理论的研究对象为线性系统。线性系统是最为简单和最为基本的一类动态系统。线性系统理论是系统控制理论中研究最为充分、发展最为成熟和应用最为广泛的一个分支。线性系统理论中的很多概念和方法,对于研究系统控制理论的其他分支,如非线性系统理论、最优控制理论、自适应控制理论、鲁棒控制理论、随机控制理论等,同样也是不可缺少的基础。 线性系统的一个基本特征是其模型方程具有线性属性即满足叠加原理。叠加原理是指,若表系统的数学描述为L ,则对任意两个输入变量u 1和u 2以及任意两个非零有限常数c 1和c 2必成立关系式: 11221122()()()L c u c u c L u c L u +=+ 对于线性系统,通常还可进一步细分为线性时不变系统(linear time-invariant systems)和线性时变系统(linear time-varying systems)两类。 线性时不变系统也称为线性定常系统或线性常系数系统。其特点是,描述系统动态过程的线性微分方程或差分方程中,每个系数都是不随时间变化的函数。从实际的观点而言,线性时不变系统也是实际系统的一种理想化模型,实质上是对实际系统经过近似化和工程化处理后所导出的一类理想化系统。但是,由于线性时不变系统在研究上的简便性和基础性,并且为数很多的实际系统都可以在一定范围内足够精确地用线性时不变系统来代表,因此自然地成为线性系统理论中的主要研究对象。 线性时变系统也称为线性变系数系统。其特点是,表征系统动态过程的线性微分方程或差分方程中,至少包含一个卷数为随时间变化的函数。在视实世界中,由于系统外部和内部的原因,参数的变化是不可避免的,因此严格地说几乎所有系统都属于时变系统的范畴。但是,从研究的角度,只要参数随时间
吉林大学网络教育学院2019-2020学年第一学期期末考试《自动控制原理》大作业 学生姓名专业 层次年级学号 学习中心成绩 年月日
作业完成要求:大作业要求学生手写,提供手写文档的清晰扫描图片,并将图片添加到word 文档内,最终wod文档上传平台,不允许学生提交其他格式文件(如JPG,RAR等非word 文档格式),如有雷同、抄袭成绩按不及格处理。 综合题(每小题10分,共100分) 1、试用部分分式法、幂级数法和反演积分法,求下列函数的z反变换: (1) )2 )(1 ( 10 ) ( - - = z z z z E (2) 2 1 1 2 1 3 ) ( - - - + - + - = z z z z E 2、试确定下列函数的终值: (1) 2 1 1 ) 1( ) ( - - - = z Tz z E (2) )1.0 )( 8.0 ( ) ( 2 - - = z z z z E 3、设开环离散系统如图所示,试求开环脉冲传递函数G(Z)。 第3题图 4、当 z z z z z z C 5.0 5.1 1 2 ) ( 2 3 2 3 + - + + =时,计算系统前4个采样时刻c(0),c(T),c(2T)和c(3T)的响应。 5、已知线性离散系统的闭环脉冲传递函数为 2.0 1.0 ) ( 2 2 - + + = Φ z z z z z,试判断该系统 是否稳定。 6、设有零阶保持器的离散系统如下图所示,试求: (1)当采样周期T为1s和0.5s时,系统的临界开环增益K c; (2)当r(t)=1(t),K=1,T分别为2s,4s时,系统的输出响应c(kT)。
《电气控制技术》课程复习资料 一、填空题: 1.低压电器基本结构是、和灭弧装置。 2.在交流接触器的铁心上一定要安装,目的是。 3.直流电动机的调速方法有:1)改变调速、2)改变调速、3) 调速等三种。 4.用Y-△降压起动时,起动电流为直接用△接法起动时的 ,所以对降低很有效。 但启动转矩也只有直接用△接法启动时,因此只适用于启动。 5.反接制动时,当电机接近于时,应及时防止。 6.伺服电动机为了防止“反转”现象的发生,采用的方法。 7.低压电器的基本结构是、、。 8.熔断器又叫保险丝,用于电路的保护,使用时应接在电路中。 9.机床电气控制是对控制对象进行控制。 10.电磁制动是使电动机产生一个与旋转方向的方法实现的;按其产生的制动转矩方法的 不同可分为:能耗制动、再生制动、反接制动。 11.摇臂钻床的主运动是主轴带着钻头的旋转运动;进给运动是主轴的垂直运动;辅助运动主要有三 种:。 12.电动机的降压起动控制电路主要有:、、自耦变压器及延边三角形降压起动。 13.在电气控制原理电路图中常用到几种“锁”字电路,如自锁、以及顺序连锁等。 14.直流电机的调速方法有、、。 15.笼型异步电机的降压起动方法有:、、。 16.行程开关也称开关,可将信号转化为电信号,通过控制其它电器来控制 运动部分的行程大小、运动方向或进行限位保护。 17.接触器可用于频繁通断电路,又具有保护作用。 18.伺服电机又称电机,在自动控制系统中作为元件。它将输入的电压信号变 换成转矩和速度输出,以驱动控制对象。 19.速度继电器是用来反映变化的自动电器。动作转速一般不低于300r/min,复位转速 约在。 20.刀开关安装时,手柄要向装,不得装或装,否则手柄可能因动下落而引 起,造成人身和设备安全事故。接线时,电源线接在端,端接用电器,这样拉闸后刀片与电源隔离,用电器件不带电,保证安全。 二、判断题: 1.直流电动机的起动方法有直接起动、电枢回路串电阻起动降压起动。 [ ] 2.中间继电器主要用途是:信号传递和放大,实现多路同时控制,起到中间转换作用。 [ ] 3.热继电器和过电流继电器在起过载保护作用时可相互替代。 [ ] 4.选用空气式时间继电器要考虑环境温度的影响。 [ ] 5.一台额定电压为220V的交流接触器在交流220V和直流220V的电源上均可使用。 [ ] 6.三相笼型异步电动机的电气控制线路,如果使用热继电器作过载保护,就不必再装设熔断器作短路保 护。 [ ] 7.刀开关安装时,手柄要向上装。接线时,电源线接在上端,下端接用电器。 [ ] 8.按钮用来短时间接通或断开小电流,常用于控制电路,绿色表示起动,红色表示停止。 [ ] 9.交流接触器通电后如果铁心吸合受阻,将导致线圈烧毁。 [ ] 10.交流接触器铁心端嵌有短路铜环的目的是保证动、静铁心吸合严密,不发生震动和噪声。 [ ] 11.直流接触器比交流接触器更适用于频繁操作的场合。 [ ] 12.低压断路器又称自动空气开关。 [ ]
现代控制理论大作业-标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
分类号:TH89 单位代码:10110 学号: 中北大学 综合调研报告题目: 磁盘驱动器读写磁头的定位控制 系别: 计算机科学与控制工程学院 专业年级: 电气工程与智能控制2014级 姓名: 何雨贾晨凌朱雨薇贾凯张钊中袁航 学号: 14070541 39/03/04/16/33/47 指导教师: 靳鸿教授崔建峰讲师 2017年5月7日
摘要 硬盘驱动器作为当今信息时代不可缺少的存储设备,在人们日常生活中正扮演着越来越重要的角色,同时它也成为信息时代科学技术飞速发展的助推器。然而,随着信息量的日益增长,人们对硬盘驱动器存储容量的要求越来越高。但另一方面由于传统硬盘驱动器的低带宽、低定位精度,导致磁头很难准确地定位在目标磁道中心位置,从而限制了存储容量的持续增加。 自IBM公司于1956年向全球展示第一台磁盘存储系统R.AMAC以来,随着存储介质、磁头、电机及半导体芯片等相关技术的不断发展,硬盘的存储容量成倍增长、读写速度不断提高。要保证可靠的读写性能,盘片的转速控制和磁头的定位控制问题具有重要意义。其中磁头的定位控制主要包括寻道控制与定位跟踪控制两个问题,如PID控制、自适应控制、模态切换控制等,这些控制方法大大提高了硬盘磁头伺服系统的性能。为达到更高的精度,磁头双级驱动模型成近年的研究热点,多种控制策略已有相关报道,但目前仍处于实验水平。 关键词: 磁盘驱动器;磁头;定位;控制 Abstract Hard disk drive (HDD), acted as requisite storage equipment in current information age,plays a more and more vital role in people’s daily life, and it becomes a roll booster in rapid development of science and technology. However, with the increase of information capacity, we put forward a severe request for HDD data storage capacity. Unfortunately, due to the low bandwidth, low positioning accuracy in conventional HDD, magnetic head is hard to be positioned onto the destination track center, thus it limits the continuing increase in storage capacity. Since IBM brought the first disk-the random access memory accounting machine(RAMAC) to market in 1956, the storage capacity and read/write speed have continuously increased along with the development of the techniques of media,read/write head, actuators and semiconducting chips. The problems of R/W head's settling control is definitely important in order to ensure the reliability of read and write performance. Track seeking and track following are two main stages of the hard disk servo system. Researchers have developed kinds of control strategies to implement the servo control from PID control to advanced control methods.Dual-stage actuator has attracted many researchers and engineers for its broaderbandwidth compared with single-stage actuator. Key Words:Hard Disk Drive;Heads; Location; Control