【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液体控制系统，具体涉及使用adrc作为模型预测控制（mpc）的音圈伺服阀控制方法，特别涉及基于adrc的音圈伺服阀阀芯位置控制方法及系统。
技术介绍
1、音圈伺服阀是一种传动阀，主要用于精确控制液体流量，由阀座、阀芯、音圈、传感器和放大器组成，它实质上就是一种动圈式力马达，可直接驱动阀芯用来输出位移；因音圈伺服阀具有精度高、响应快等优点，通常在飞机操控机构（如舵面、起落架和刹车）中作为主要控制元件广泛应用。音圈伺服阀的故障主要表现为可导致伺服系统性能恶化并带来灾难性后果的阀芯振荡和啸叫所带来的扰动，因此现阶段针对音圈伺服阀故障及控制方法的技术层出不穷。例如：
2、（1）文献《任鹏达,张伟,谢志刚,等.基于adrc和模型预测控制的直驱伺服阀振荡抑制研究[j].航空科学技术,2024,35(02):92-99.》公开了一种adrc及模型预测控制器，其通过高频小范围调节直线电机各轴电流，抵消突变液流力，使阀芯运动平缓，能有效控制伺服阀阀芯抖振，进而提升作动器的响应效果；
3、但因为音圈伺服阀的电磁力与电流呈线性关系，所以控制参数（如adrc中的eso增益系数、模型预测控制中的预测步长和控制步长）的微小变化都可能导致电磁力的大幅波动，进而影响阀芯的位置和速度控制。adrc中的eso用于估计系统状态和扰动，其参数（如β01, β02, β03）的整定不准确或过于敏感，系统在受到外部干扰时可能无法迅速且准确地做出调整，导致性能波动。同时，音圈伺服阀系统存在非线性因素和不确定性，如电磁转换过程中的饱和
4、（2）文献《王棒,李跃松,张贻哲.电液位置伺服系统的rbf-adrc控制仿真分析[j].机床与液压,2024,52(20):168－174.》公开了一种rbf-adrc控制模型，当扰动发生时，控制模型能快速响应并迅速调整；
5、但是同样的，音圈电机由永磁体和线圈组成，当线圈中有电流流过时，会在永磁体的磁场中受到电磁力的作用，从而产生直线运动。这种电磁力的大小与电流强度成正比，方向由电流的方向和磁场的极性决定。由于音圈伺服阀的电磁力与电流呈线性关系，因此控制参数（如eso的增益系数）的微小变化都可能导致系统性能的大幅波动。rbf神经网络虽然能够在线整定这些参数，但如果整定算法不够精确或训练数据不够充分，可能导致整定出的参数并非最优，从而影响系统性能，即鲁棒性不理想。且rbf神经网络在参数整定过程中需要处理大量的输入数据和实时反馈，如果计算速度跟不上系统的动态响应要求，可能导致控制延迟或超调量增加。
6、因此，可将现有技术所要解决的技术问题总结如下：
7、（1）增强参数整定的精确性和鲁棒性：传统技术的控制参数（如eso的增益系数、模型预测控制中的预测步长和控制步长）的微小变化可能导致系统性能的大幅波动。因此，需要开发一种更加精确和鲁棒的参数整定方法；
8、（2）提高模型预测控制的准确性和适应性：上述现有技术中提到模型预测控制器依赖于精确的数学模型，但实际系统与非线性模型之间可能存在偏差。因此，需要建立更加精确和适应性强的模型；
9、（3）音圈伺服阀系统具有显著的非线性和动态特性，包括电磁转换过程中的饱和效应，以及阀芯运动的摩擦阻力变化。需要将这些特性纳入模型的考量范围。
10、为此，本专利技术提出基于adrc的音圈伺服阀阀芯位置控制方法及系统。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术希望提供基于adrc的音圈伺服阀阀芯位置控制方法及系统，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，即如何在考虑电磁转换过程中的饱和效应，以及阀芯运动的摩擦阻力变化的前提下，增强参数整定的精确性和鲁棒性，并提高模型预测控制的准确性和适应性；本专利技术的技术方案是这样实现的：
2、第一方面，基于adrc的音圈伺服阀阀芯位置控制方法：
3、（一）概述：
4、本方案旨在通过一种创新的神经网络架构，实现对音圈电机控制信号的精准预测与输出。方案的核心在于结合双向bi-gru网络、嵌入adrc模型、有序聚类算法以及注意力与残差回溯机制，构建一个高效、准确的控制系统。编码层案采用双向bi-gru网络对输入的阀芯目标位置电信号进行时序依赖关系的提取。在聚类层利用有序聚类算法对音圈电机的电磁转换过程中产生的饱和效应及其阀芯运动的摩擦阻力变化进行特征提取和聚类分析。在注意力及残差回溯层对编码层输出的所有隐藏状态进行加权求和，生成中间向量。整合嵌入adrc模型对输入进行处理，以生成准确的控制信号。逐步生成并输出音圈电机的控制电信号到实际控制系统中。
5、（二）技术方案：
6、2.1步骤s1，编码层处理：
7、将作为阀芯目标位置电信号的输入数据序列s输入到编码层的双向bi-gru网络中。在每个门控循环单元中，整合跟踪微分器td、扩张状态观测器eso和非线性状态误差反馈nlsef构成嵌入adrc模型，用于处理输入数据。双向bi-gru网络同时从前向和后向两个方向提取输入数据序列s中的时序依赖关系，生成隐藏状态序列h。
8、2.1.1步骤s100，收集输入数据序列s：
9、；
10、其中，t是时间序列长度，是第i个阀芯目标位置电信号。双向bi-gru网络由前向gru和后向gru组成，分别计算前向和后向的隐藏状态。
11、2.1.2步骤s101，读取门控循环单元（整合嵌入adrc模型）：
12、对于每个时间步t，门控循环单元（gru单元）的输入为当前输入st和上一时间步的隐藏状态ht-1。在整合了嵌入adrc模型后，gru单元的内部计算如下：
13、跟踪微分器；
14、扩张状态观测器；
15、非线性状态误差反馈；
16、更新门：；
17、重置门：；
18、候选隐藏状态；
19、更新隐藏状态；
20、其中，w和u是权重矩阵，是需要训练的参数；σ是sigmoid激活函数，⊙表示元素乘法，xref是参考状态（由外部给定或根据任务确定）。zt表示在当前时间步t由跟踪微分器td处理输入st后得到的输出。是扩张状态观测器eso的输出，表示对当前时间步t系统状态的估计。et是非线性状态误差反馈nlsef的输出，表示当前系统状态估计与参考状态xref之间的误差。wu和uu是更新门（update gate）中的权重矩阵，用于计算更新门的激活值。zu是更新门的激活值，它是一个介于0和1之间的数。当zu接近1时，表示应该更多地融入新信息；当zu接近0时，表示应该更多地保留旧信息。zr是重置门（reset gate）的激活值，同样是一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于ADRC的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于，包括如下执行步骤：
2.根据权利要求1所述的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于：所述S1中，所述输入数据序列；
3.根据权利要求2所述的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于：在所述S1中，所述双向Bi-GRU网络的执行步骤在于：
4.根据权利要求1所述的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于：所述S2中，所述序列L的提取方法为：
5.根据权利要求4所述的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于：所述S2中，所述聚类分析的方法为有序聚类算法，其流程包括：
6.根据权利要求4所述的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于：在所述S2中，根据聚类标签序列C映射形成权重因子序列；首先定义权重映射函数δ(c)将聚类标签c映射到权重因子δ，满足δ(c)∈[0, 1]；然后映射形成权重因子序列，流程包括：
7.根据权利要求1、2、4或6所述的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于：在所述S3中，定义编码层输出的所有隐藏状态矩阵Rd×T：
8.根据权利要
9.根据权利要求8所述的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于：在所述S4中，生成输出数据序列；
10.基于ADRC的音圈伺服阀阀芯位置控制系统，其特征在于：所述系统包括处理器、与所述处理器连接的存储器，所述存储器中存储有程序指令，所述程序指令被所述处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1-9中任意一项所述的音圈伺服阀阀芯位置控制方法。
...【技术特征摘要】
1.基于adrc的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于，包括如下执行步骤：
2.根据权利要求1所述的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于：所述s1中，所述输入数据序列；
3.根据权利要求2所述的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于：在所述s1中，所述双向bi-gru网络的执行步骤在于：
4.根据权利要求1所述的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于：所述s2中，所述序列l的提取方法为：
5.根据权利要求4所述的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于：所述s2中，所述聚类分析的方法为有序聚类算法，其流程包括：
6.根据权利要求4所述的音圈伺服阀阀芯位置控制方法，其特征在于：在所述s2中，根据聚类标签序列c映射形成权重因子序列；首先定义权重映射函数δ(c)...
【专利技术属性】
技术研发人员：涂新邦，赵士健，吴恒，魏登科，王义海，
申请(专利权)人：杭州励贝电液科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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