一种多电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法，该方法包括建立电液伺服系统非线性数学模型，非线性模型线性化并进行极点配置，实时获取电液伺服系统的反馈数据，设计分布式领导同步协议，采用扰动观测器对系统未知外负载干扰进行估计，计算系统稳定的LMI条件，根据分布式领导同步控制律对非对称电液伺服机构实时进行驱动。本发明专利技术基于邻域信息来设计分布式领导同步协议，建立扰动观测器来对未知负载干扰进行估计，实现多个电液伺服执行器分布式领导同步控制，提高多个电液伺服系统的跟踪协调能力。

A Leader Synchronization Control Method for Multi-Electro-Hydraulic Servo Actuators in Switching Networks

【技术实现步骤摘要】
一种多电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法
本专利技术属于多个非对称液压缸执行机构的协同控制
，具体涉及一种存在未知外负载干扰的多个电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法。
技术介绍
电液伺服系统是指以伺服元件(伺服阀或伺服泵)为控制核心的液压控制系统，主要由电信号处理装置和液压动力机构组成。典型电液伺服系统组成元件如下：(1)给定元件。它可以是机械装置，如凸轮、连杆等，提供位移信号；也可是电气元件，如电位计等，提供电压信号；(2)反馈检测元件。用来检测执行元件的实际输出量，并转换成反馈信号。它可以是机械装置，如齿轮副、连杆等；也可是电气元件，如电位计、测速发电机等；(3)比较元件。用来比较指令信号和反馈信号，并得出误差信号。实际中一般没有专门的比较元件，而是由某一结构元件兼职完成；(4)放大、转换元件。将比较元件所得的误差信号放大，并转换成电信号或液压信号(压力、流量)。它可以是电放大器、电液伺服阀等；(5)执行元件。将液压能转变为机械能，产生直线运动或旋转运动，并直接控制被控对象。一般指液压缸或液压马达；(6)被控制对象。指系统的负载，如工作台等。电液伺服系统的基本原理是：反馈信号与输入信号相比较得出偏差信号，利用该偏差信号控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，直至偏差等于零或足够小，从而使系统的实际输出与希望值相符。随着电液伺服系统在工程领域中的应用日益扩大，大型设备对于负载能力的要求不断增加，多个电液伺服系统协同作用共同驱动的需求日益增加；而现有研究大多针对单个电液伺服执行器，而缺少对多个非对称液压缸执行机构的协同控制的研究。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种多电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法，实现含有未知外负载干扰的多个电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制，并提高多电液伺服控制系统的领导同步控制性能。为实现上述目的，本专利技术提供一种多电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法，包括以下步骤：S1、建立电液伺服系统非线性数学模型；S2、将步骤S1中非线性数学模型进行线性化处理，并对线性模型进行极点配置；S3、驱动电液伺服系统，实时获取电液伺服系统的反馈数据；S4、设计多电液伺服执行器在切换拓扑下基于扰动补偿的分布式领导同步协议；S5、采用扰动观测器对系统未知外负载干扰进行估计；S6、基于李雅普洛夫能量函数，并结合分布式领导同步协议、反馈数据、一致性误差和扰动估计值，得到系统稳定的LMI条件；S7、根据分布式领导同步控制律对非对称电液伺服机构实时进行驱动。优选地，所述步骤S1中，建立的第i个非对称电液伺服执行器模型表示为：其中，xij为第i个模型状态变量，yi为液压缸输出位移，m为负载质量，Ctl为液压缸总泄漏系数，ps为供油压力，βe为液压油有效体积弹性模量，Cd为伺服阀流量系数，w为伺服阀面积梯度，ρ为液压油密度，K为负载刚度系数，b为液压油阻尼系数，FLi为外负载压力，Ksv为伺服阀放大系数，Vt为液压动力机构的总容积，ui为伺服阀控制电压，sgn(·)为符号函数；非对称电液伺服执行器模型的状态空间模型表示为：其中，C1＝[1,0,0]，θ1＝K/m，θ2＝b/m，θ3＝1/m，θ5＝4βeCtl/Vt，dLi＝-FLi(t)/m,，优选地，所述步骤S2中，将步骤S1中非线性数学模型进行线性化处理，并对线性模型进行极点配置，具体为：利用状态变量z和反馈控制变量ui对步骤S1中状态空间模型进行线性化处理，得到状态空间模型的线性模型，表示为：其中，利用状态反馈向量对线性模型进行极点配置，得到n个跟随者模型，表示为：其中，A＝A2+B2Kp,B＝B2，Kp为极点配置的状态反馈向量；领导者模型表示为：其中，z0为领导者状态，r为有界输入。优选地，所述步骤S3中，获取的电液伺服系统的反馈数据包括：液压缸输出位移、液压缸输出位移变化率、液压缸无杆腔和有杆腔的压力、伺服阀阀芯位移。优选地，所述步骤S4中，多电液伺服执行器在切换拓扑下基于扰动补偿的分布式领导同步协议表示为：其中，为第i个节点的控制律，zi,zk分别为第i,k个节点状态，为扰动估计值，K为增益向量，P为正定对称矩阵，qi为扰动补偿增益，ai0(t)为第i个节点在时刻t接收领导者信息情况，aik(t)表示第i,k个节点在时刻t的通信情况；定义状态误差，n个系统的一致性协议向量形式表示为：其中，v＝[v1,...,vn]T，L(t)为n个节点在时刻t通信拓扑图的拉普拉斯矩阵，Q＝diag{q1,...,qn}。优选地，所述步骤S5中，采用扰动观测器对系统未知外负载干扰进行估计表示为：其中，M为对角增益矩阵。优选地，所述步骤S6中，基于李雅普洛夫能量函数，并结合分布式一致性协议、反馈数据、一致性误差和扰动估计值，得到系统稳定的LMI条件，具体为：设定李雅普洛夫能量函数，表示为结合分布式领导同步协议、反馈数据、一致性误差和扰动估计值，得到系统稳定的LMI条件表示为AP+PAT-2δminBBT+2αI3＜-δminP其中，α是正常数，δmin是所有切换拓扑图的H矩阵的最小非零特征值，I3是3阶单位矩阵。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于邻域信息来设计分布式领导同步协议，建立扰动观测器来对未知负载干扰进行估计，实现多个电液伺服执行器分布式领导同步控制，提高多个电液伺服系统的跟踪协调能力。附图说明图1是本专利技术的多电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法流程示意图；图2是本专利技术实施例中二自由度机械臂机构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，是本专利技术的多电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法流程示意图；一种多电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法，包括以下步骤：S1、建立电液伺服系统非线性数学模型；S2、将步骤S1中非线性数学模型进行线性化处理，并对线性模型进行极点配置；S3、驱动电液伺服系统，实时获取电液伺服系统的反馈数据；S4、设计多电液伺服执行器在切换拓扑下基于扰动补偿的分布式领导同步协议；S5、采用扰动观测器对系统未知外负载干扰进行估计；S6、基于李雅普洛夫能量函数，并结合分布式领导同步协议、反馈数据、一致性误差和扰动估计值，得到系统稳定的LMI条件；S7、根据分布式领导同步控制律对非对称电液伺服机构实时进行驱动。如图2所示，本专利技术以存在未知负载干扰情况下两个电液伺服执行器驱动二自由度机械臂实现跟踪同步为例，对本专利技术的多电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法作进一步详细说明。上述机械臂包括：3个机械连杆，包括：第一连杆、第二连杆、第三连杆，2个电液伺服阀，2个双作用液压缸，1个伺服电机，1个定量柱塞泵，1个油箱；其中第一连杆与第二连杆之间铰接称作为肩关节，第二连杆与第三连杆铰接称作为肘关节；肩关节与肘关节处分别设置一个电液伺服阀与双作用液压缸；整个机械臂设置1个伺服电机、1个定量柱塞泵和1个油箱；第二连杆与第三连杆上分别设置一光电编码器，用于测量两个关节的运动角度和角速度；在两个液压缸进油口和出油口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立电液伺服系统非线性数学模型；S2、将步骤S1中非线性数学模型进行线性化处理，并对线性模型进行极点配置；S3、驱动电液伺服系统，实时获取电液伺服系统的反馈数据；S4、设计多电液伺服执行器在切换拓扑下基于扰动补偿的分布式领导同步协议；S5、采用扰动观测器对系统未知外负载干扰进行估计；S6、基于李雅普洛夫能量函数，并结合分布式一致性协议、反馈数据、一致性误差和扰动估计值，得到系统稳定的LMI条件；S7、根据分布式领导同步控制律对非对称电液伺服机构实时进行驱动。

【技术特征摘要】
1.一种多电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立电液伺服系统非线性数学模型；S2、将步骤S1中非线性数学模型进行线性化处理，并对线性模型进行极点配置；S3、驱动电液伺服系统，实时获取电液伺服系统的反馈数据；S4、设计多电液伺服执行器在切换拓扑下基于扰动补偿的分布式领导同步协议；S5、采用扰动观测器对系统未知外负载干扰进行估计；S6、基于李雅普洛夫能量函数，并结合分布式一致性协议、反馈数据、一致性误差和扰动估计值，得到系统稳定的LMI条件；S7、根据分布式领导同步控制律对非对称电液伺服机构实时进行驱动。2.如权利要求1所述的多电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，建立的第i个非对称电液伺服执行器模型表示为：其中，xij为第i个模型状态变量，yi为液压缸输出位移，m为负载质量，Ctl为液压缸总泄漏系数，ps为供油压力，βe为液压油有效体积弹性模量，Cd为伺服阀流量系数，w为伺服阀面积梯度，ρ为液压油密度，K为负载刚度系数，b为液压油阻尼系数，FLi为外负载压力，Ksv为伺服阀放大系数，Vt为液压动力机构的总容积，ui为伺服阀控制电压，sgn(·)为符号函数；非对称电液伺服执行器模型的状态空间模型表示为：其中，C1＝[1,0,0]，θ1＝K/m，θ2＝b/m，θ3＝1/m，θ5＝4βeCtl/Vt，dLi＝-FLi(t)/m,，3.如权利要求2所述的多电液伺服执行器在切换网络下的领导同步控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，将步骤S1中非线性数学模型进行线性化处理，并对线性模型进行极点配置，具体为：利用状态变量z和反馈控制变量ui对步骤S1中状态空间模型进行线性化处理，得到状态空间模型的线性模型，表示为：其中，利用状态反馈向量对线性模型进行极点配置，得到n个跟随者模...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭庆，蒋丹，李小钗，石岩，许猛，郭帆，严尧，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51