逆系统设计方法及言限带宽期望模型1.1利用未来信息的逆系统设计伺服系统的设计是追求输出对输入的复现精度，即有常数人，使输出10输0之间满足=尺及，当尤=1时，此时实现了系统的输出对输入的完全复现假设02为线性时不变离散系统，并且2己渐进稳定，62为前置补偿器，则输出与输之的传递基金项目这自然科7金资肋沉山5，351明数可以衣小为⑴⑷，即⑷，可以实现系统的输出⑴对输入及⑴的完全复现由此可将控制系统的设。标归结为4求前置补偿器，益零相位滞后的传递函数0假设，2可以为为包含位圆内所有零点的多项式为乜含单位圆上和单位圆外所有零点的多项式考虑到+对消零点6的影响，同，根据零极点对消的逆系统设计思想，可将2取为3当2中无不稳定零点621时，采用入的逆系统设计若6中含单位圆上和单位圆外的零点时，采用式3补偿得到令产为采样周期，本文中取为1！容易验证，式4在所有频段内输入与输出之间的相位差恒为零，并1.7趋于零的很大频段内Gz1所以力前置补偿，即使在。中含有不付消零点时，也可以次现很大的频率范围内输出对输入的完全复现，在所有频段内零和位滞后需要利用未来穴，信息，对于超精密机床由于其加工路径事先已知，未来及，信息可以得到，因此这种基十逆系统设计的方法对千超精密机床服系统进行控制是可行的1.2有限带宽零相位滞后期望模型利用未来信息的逆系统设计，可以在很宽带宽内实现系统的输出与输入之间传递函数近似为1但在实际应用中，信号的带宽有个界限，因此只要在给定信号带宽内满足系统的输入与输出间幅值差和相位差小于预定值即可对于超精密机床伺服系统，由于机床本身机械结构的限制，系统中般存在高频振荡模态若系统带宽很宽，振荡频率在系统带宽之内，会使系统发生谐振因此，设计给定带宽的期望闭环频率特性更有意义艮口在要求的频带内。输入与输出的幅值比为1.其它频段内为0；在所有频段内相位滞后恒为零本文构造了个需要利用未来信息的有限带宽零相位滞耵模型。其数学达式为环和电流环采用了尸型凋节器。由于电流环时常数足够小，将其简化成比例环节，代力矩常数厕位置伺服系统的动态模型3工作台，光力矩。它主要由。摩擦转矩和电机本分的转矩波动引起力矩常数1为16，17.速度调节器比例系数1为32测速机比例系数，为0.796抱1.滚珠丝杆传动系数幻为0.8 131及为输入1号为工作拉位置输出。米样周期7为3为了获得系统的实测模型，利用频率法对系统进，辨识。辨识得到佝服系统开环传递函数为由此可以得到伺服系统开环2传递函数为在频率辨识过程中，发现系统在42出65出和83出处分别出现了振荡，将这些振荡模态作为系统中未建模动态特性处理从中可以看出，具有有限带宽的闭环频率特性通过选择合适的值，可以获得所期望的带宽中靠近10 000，13处有个谐振峰，这是由于2平面空间频率特性的周期性特性造成的2超锖密机床饲服系统的组成及其动态模型超精密机床伺服进给系统由交流伺服电机+滚珠丝杠实现位置伺服进给。！1双频激光户涉仪实现位置检测，采用空气静压导轨和气浮工作台降低传动过程中摩擦力的影响。其系统结构对于木文使的交流伺服驱动单元采用了速度环外环4电流环内环的双闭环调速结构。速度3控制器的设计利用未来信息的逆系统设计方法，需要系统，2为渐进稳定系统因此，般利用个反馈控制器以农镇记波拧对象，然后由乃2和洞稂成个稳定的，=.在此基础上再设计前置补偿器本文采用了与这种结构等效的反馈+前馈补偿形式的控制器，4反馈控制器02的设计主要以保证系统用来提高系统的动态性能并且在加入乃2和2后，要保证校正后的系统具有有限带宽零1.反馈控制2反馈+前馈控制反馈和前馈补偿找制器的实验结果从中，以看出。系统在只加入反馈控制器跟踪正弦信号时。
具有较大正弦跟踪误差，其频率为所跟踪信号的频率当加入前馈补偿后，系统的跟踪误差大幅度降低，小于±25洲由此可以看出，这种由反馈+前馈补偿形式构成的具有有限带宽期望模型的控制器对改傅系统的跟踪性能是有效的。5中曲线2的正弦误差，是电机存在的频率与转速成正比的波动力矩造的。若想进步缩减跟踪误差，只有提反馈系统的伺服刚度或采干扰前馈补偿5结论点，提出了个带宽可以预定的零相位滞后期望模型该模型在要求频段内幅值特性为其它频段内近似为零，相位滞后在所有频段内恒为零并采用了反馈+前馈控制的结构实现该理想模型。
反馈控制器采用比例+积分的形式。它的设计保证了系统的稳定性和良好的干扰抑制能力i反馈控制器的基础上，由有限带宽理想模型可以推导出前馈补偿控制器。推导过程中考虑了具有不可对消零点的系统求逆问*后，将控制器应4实验结果为验证本文所设计的控制器的有效性，将数字化丈现后的反馈和时馈补偿抒制器分，应用于1型超精密机床伺服系统中，该机床采用美国，士汉公司0050入交流力矩伺服电机和日本东京精密公司生产的如208型双频激光千涉仪。托检测分辨率50转换器的分辨率为他为系统跟踪幅值频率为81弦曲线的跟踪误差5中曲线1为只加入反馈控制器的实验结果，曲线2为同时加入相位滞后的期望闭环频率特性2，的形式3.1反馈控制器的设计由于本文中采样周期时间短，数字量到模拟量转化过程中的相位滞后可以忽略，因此本文采用了模拟化方法设计反馈控制器。
木系统为型系统。对这类控制系统的设计般归结为如何将系统设计成宽带宽高刚度伺服系统，以保证系统较快的响应速度和较强的抗干扰能力4，本文中反馈控制器1采了幻1+1的形式，由于，4中，纯积分环节，系统的静态伺服刚度为无穷大，所以系统可以有效地抑制电机轴上阶跃千扰力，的影响系统较好的阻尼特性可通过调整参数厂而获得折衷考虑系统的响应速度噪声误差和未建模动态特性的影响，本文将系统的带宽设计为10取*后丁确定投拟控制器为利用双线性变换的方法。由乃。得到数字控制器邱为3.2前馈控制器的设计由4可以求得加入乃2和2后系统相位滞。17的期望闭环频率特性比则得到只要求得满足式10.的前馈控制器。
就可以得到有限带宽零相位滞后期望模型2，为求扮需要计算⑷由式可以看出，62中含有单位圆上的零点，直接求得稳定岑点的零极点对消的逆系统设计方法。得到62的近似的稳定逆系统，幻为可以验证1与6，令乘积的幅频特性在很大的频带内可以近似为相频特性恒为零。
则将中代替式中的2，得到近似有阪带宽零扣位滞厂期松喂的厂为用2步超前信息，所以实际应用中0勾需要事先知道未来路径的+2步超前信息本文中取为8仿生主动构件压电变换器研宄杜设亮傅建中张云陈子辰耦合的交互系统提出了如何从多角度出发建立压电型智能结构的理论模型，并讨论了压电耦合机电系统各参数对压电变换器的能量转换效率的影响，压电型智能结构机电耦合模型的建立有助于解释仿生主动构件的物理实质，设计出性能更好效率之高的智能结构。
杜设亮博士研宄生仿生主动构件是智能仿生结构的关键部件，集感觉器和致动器于体，在结构中具有结构承载和致动传感的双重功能，主动构件具有控制灵活智能性和高效性力环境适应性强等优点；理想的主动构件与控制器共同作用可以达到使主动构件所需能量降到*小又可获得理想的动力响应，使系统得到更好的可控性和可观性主动构件能根据结构的动态响应和控制要求，自适应地改变结构的动态性能，真正实现结构控制体化，它是目前仿生结构应用的研究重点压电材料的正逆压电效应均较强线性好和频响范围宽，在仿生主动构件中，既可作为感觉器，又可作为致动器。
压电元件的压电效应决定了主动构件传感和致动特性，是影响仿生结构功效的本质因素，因而它是主动构件研究的关键收稿日期19990826基金项目国家自然科学基金资助项目5980501幻用于实际系统中，实验结果明，反馈控制与基于未来路径信息的前馈补偿相结合的控制方法可以有效地提高系统的跟踪特性，在工程应用中具有较大的实用价值为了更好地解释仿生主动构件中的压电效应，提出了个耦合机电系统的统模型。该模型指出了压电元件包含着个压电变换器，它在机械能和电能之转换能量从多个角度出发建立卡电变换器的数学模型，并研究了各，数对系统性能的影响，这对主动构件的进步研究开发及优化设计是至关重要的1压电变换器的理论建模研究精确的力学模型分析是有效的系统辨识和控制建立的基础压电型仿生结构的理论建模主要有3种基本方法动态有限元法阻抗建模分析法和静态法压电变换器模型的建立有助于解释其机电耦合交互作用的物理实质，设计出性能更佳动态有限元法在具有压电特性的材料中，材料的力学行为和电厅为不1设相独立，而以相2联系的；电激王广雄。控制系统设计。北京宇航出版社，1992140168编辑周佑启150001控制工程系博士研究生，发论文8篇。张飞虎，男，1964年生。哈尔滨工业大学机电学院教抵苏宝库，男，1941年生。哈尔滨工业大学控制工程系教授博士研宄生导师。
