一种电液负载模拟装置输出反馈控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电液负载模拟装置输出反馈控制方法，针对电液负载模拟装置的系统特点，通过摩擦辨识分析该系统的摩擦特性，建立了包含连续可微摩擦模型的系统非线性数学模型，针对外干扰等不确定性通过扩张状态观测器进行估计并在控制器设计中进行补偿，提高了实际电液负载模拟装置对外干扰的鲁棒性；极大地改善了由高增益反馈所引起的高频动态和测量噪声等问题，从而提高了系统的跟踪性能，更利于在实际工程中的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电液伺服控制领域，具体涉及一种电液负载模拟装置输出反馈控制方法。
技术介绍
电液伺服控制系统是在电子、液压传动、自动控制技术基础上发展起来的一门较新的新兴科学技术，它是在20世纪50年代至60年代以后才逐渐发展起来并形成一门新的学科的，在自动化领域占有重要位置。电液伺服系统具有反应快、功率重量比大、抗负载刚性大等优点，现已广泛应用于需要大功率、快速、精确反应的控制领域中，如：飞机的操纵系统、导弹的自动控制系统、火炮操纵系统、雷达跟踪系统、舰船操舵装置等国防领域以及机床、冶炼、轧钢、铸锻、工程机械、矿山机械、建筑机械等民用领域。电液负载模拟装置一方面具有一般电液伺服系统所具有的非线性、不确定性等特性，另一方面又受到被加载对象运动的强干扰，使得系统结构更为复杂，因此其系统分析与控制器设计与一般电液伺服系统相比更为困难。电液伺服控制系统的发展可以说和控制理论的发展是相辅相成的，一方面，作为控制系统的应用，电液伺服控制系统的发展将控制理论的成果付诸于应用；另一方面，由于电液伺服系统独有的复杂特性以及越来越高的性能指标要求，其控制系统的发展也推动了控制理论的发展。目前针对电液负载模拟装置的先进控制策略，有反馈线性化、自适应鲁棒、积分鲁棒等控制方法。反馈线性化控制方法不仅设计简单，而且可以保证系统的高性能，但是其要求所建立的系统数学模型必须非常准确，所有非线性动态都是已知的，这在实际应用中难以得到保证；为了解决建模不确定性的问题，自适应鲁棒控制方法被提出，该控制方法在存在建模不确定性的情况下可以使电机伺服系统的跟踪误差获得一致最终有界的结果，如要获得高跟踪性能则必须通过提高反馈增益以减小跟踪误差；同样，积分鲁棒控制方法(RISE)也可以有效地解决建模不确定性的问题，而且可以获得连续的控制输入和渐近跟踪的性能。但是该控制方法的反馈增益的取值跟建模不确定性的大小密切相关，一旦建模不确定性很大，将会获得高增益反馈控制器，这在工程实际中是不允许的。总结来说：传统控制方式难以满足不确定非线性的跟踪精度要求；而近年来先进的控制策略设计均比较复杂，不易于工程实现。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电液负载模拟装置输出反馈控制方法，解决了现有电液负载模拟装置中存在被忽略的模型不确定性、基于传统的滑模的控制方法所设计的控制器不连续等问题，基于传统的自适应控制方法，通过巧妙地设计非线性鲁棒控制律使得系统在同时存在参数不确定性和不确定性非线性的情况下的参数估计不受影响，增强了传统自适应控制对外负载干扰等不确定性非线性的鲁棒性，获得了更好的跟踪性能。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：一种电液负载模拟装置输出反馈控制方法，包括以下步骤：步骤1、基于连续可微摩擦模型，建立电液负载模拟装置的数学模型；步骤2、设计自适应律对电液负载模拟装置中的不确定性参数进行估计；步骤3、设计扩张状态观测器对电液负载模拟装置的不确定性非线性进行估计；步骤4、设计基于扩张状态观测器的电液负载模拟装置输出反馈控制器；步骤5、运用李雅普诺夫稳定性理论对电液力矩伺服系统进行稳定性证明。步骤1、基于连续可微摩擦模型，建立电液负载模拟装置的数学模型，具体方法如下：步骤1-1、建立基于双曲正切近似的连续可微摩擦模型 F f ( y · ) = a 1 [ tanh ( c 1 y · ) - tanh ( c 2 y · ) ] + a 2 tanh ( c 3 y · ) + a 3 y · - - - ( 1 ) ]]>公式(1)中，a1,a2,a3分别表示不同摩擦特性的幅值水平，c1,c2,c3均为表征摩擦特性的形状系数，表征运动速度；tanh表示双曲正切函数。步骤1-2、建立电液负载模拟装置的动力学方程： F = AP L - F ( t , y , y · ) F ( t , y , y · ) = F f ( y · ) + f ( t , y , y · ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电液负载模拟装置输出反馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、基于连续可微摩擦模型，建立电液负载模拟装置的数学模型，转入步骤2；步骤2、设计自适应律对电液负载模拟装置中的不确定性参数进行估计，转入步骤3；步骤3、设计扩张状态观测器对电液负载模拟装置的不确定性非线性进行估计，转入步骤4；步骤4、设计基于扩张状态观测器的电液负载模拟装置输出反馈控制器，转入步骤5；步骤5、运用李雅普诺夫稳定性理论对电液力矩伺服系统进行稳定性证明。

【技术特征摘要】
1.一种电液负载模拟装置输出反馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、基于连续可微摩擦模型，建立电液负载模拟装置的数学模型，转入步骤2；步骤2、设计自适应律对电液负载模拟装置中的不确定性参数进行估计，转入步骤3；步骤3、设计扩张状态观测器对电液负载模拟装置的不确定性非线性进行估计，转入步骤4；步骤4、设计基于扩张状态观测器的电液负载模拟装置输出反馈控制器，转入步骤5；步骤5、运用李雅普诺夫稳定性理论对电液力矩伺服系统进行稳定性证明。2.根据权利要求1所述的电液负载模拟装置输出反馈控制方法，其特征在于，所述步骤1中，基于连续可微摩擦模型，建立电液负载模拟装置的数学模型，具体方法如下：步骤1-1、建立基于双曲正切近似的连续可微摩擦模型 F f ( y · ) = a 1 [ tanh ( c 1 y · ) - tanh ( c 2 y · ) ] + a 2 tanh ( c 3 y · ) + a 3 y · - - - ( 1 ) ]]>公式(1)中，a1,a2,a3分别表示不同摩擦特性的幅值水平，c1,c2,c3均为表征摩擦特性的形状系数，表征运动速度；tanh表示双曲正切函数；步骤1-2、建立电液负载模拟装置的动力学方程： F = AP L - F ( t , y , y · ) F ( t , y , y · ) = F f ( y · ) + f ( t , y , y · ) - - - ( 2 ) ]]>公式(2)中，F为输出力，A为负载液压缸的排量，液压缸负载压力PL＝P1-P2，P1为液压缸进油腔的压力，P2为液压缸出油腔的压力，y为舵机产生的位置输出，为不确定非线性项，为非线性摩擦，为未建模动态及外干扰；因此公式(2)写成： F = AP L - a 1 [ tanh ( c 1 y · ) - tanh ( c 2 y · ) ] - a 2 tanh ( c 3 y · ) - a 3 y · - f ( t , y , y · ) - - - ( 3 ) ]]>令为中间变量，为中间变量，则有： F = AP L - a 1 S f ( y · ) - a 2 P f ( y · ) - a 3 y · - f ( t , y , y · ) - - - ( 4 ) ]]>步骤1-3、建立液压缸进油腔和出油腔的压力动态方程： P · 1 = β e V 1 ( - A y · - C t P L + Q 1 ) P · 2 = β e V 2 ( A y · + C t P L - Q 2 ) - - - ( 5 ) ]]>公式(5)中，βe为液压油的有效体积模量，进油腔的控制容积V1＝V01+Ay，V01为进油腔的初始容积，出油腔的控制容积V2＝V02-Ay，V02为出油腔的初始容积，Ct为液压缸的内泄露系数，Q1为进油腔的流量，Q2为回油腔的流量；Q1、Q2与伺服阀阀芯位移xv有如下关系： Q 1 = k q x v [ s ( x v ) P s - P 1 + s ( - x v ) P 1 - P r ] Q 2 = k q x v [ s ( x v ) P 2 - P r + s ( - x v ) P s - P 2 ] - - - ( 6 ) ]]>公式(6)中，阀系数Cd为伺服阀节流孔流量系数，w0为伺服阀节流孔面积梯度，Ps为电液负载模拟装置供油压力，Pr为电液负载模拟装置回油压力，ρ为液压油的密度，xv为伺服阀阀芯位移，s(xv)为符号函数，且所述符号函数定义为： s ( x v ) = 1 x v ≥ 0 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳欣，姚建勇，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32