周期性干扰的期望补偿型自适应鲁棒力控制方法技术

本发明专利技术公开了一种周期性干扰的期望补偿型自适应鲁棒力控制方法，属于电液伺服控制领域，该方法包括以下步骤：建立负载模拟器的数学模型；确定负载模拟器参数的自适应率；设计周期性干扰的期望补偿型自适应鲁棒力控制方法的控制器。本发明专利技术参数估计准确，采用快速动态补偿的方法克服了自适应中输出跟踪性能较差的缺点，无论在参数估计还是跟踪误差方面都能取得较好的仿真结果；本发明专利技术所设计的非线性鲁棒控制器的控制电压连续，有利于在工程实际中应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电液伺服控制领域，特别是一种周期性干扰的期望补偿型自适应鲁棒力控制方法。
技术介绍
负载模拟器是用来模拟飞行器及其他运动物体在飞行和运动过程中舵面所受的空气动力矩，是导弹等武器系统重要的地面仿真设备之一。负载模拟器也称为力/力矩伺服加载系统，属于力/力矩伺服控制系统的范畴，具有和普通力/力矩伺服系统相似的结构。如图2所示，一般的负载模拟器主要包括伺服控制器、执行机构以及检测元件等，其核心为伺服控制器，系统期望输出为加载力/力矩。按照加载执行元件的不同，负载模拟器可分为机械式负载模拟器，液压式负载模拟器和电动式负载模拟器。在仿真实验过程中根据承载对象实际运动过程中所要求的各种载荷谱来进行加载，因而是一个相当复杂的机电液复合系统，从控制角度来看，它又是一个非线性、强耦合的时变系统，涉及到传动及控制、系统动力学、电力电子、计算机技术和自动控制等多门学科。负载模拟器可以实现大力矩、高精度、宽频带的负载模拟，逐步应用于中小型加载系统中。由于执行器和被测对象通过联轴器直接耦合，所以舵机的主动运动会致使执行器被动跟随舵机运动，在这个过程中就会出现多余力矩，而能否减小或消除多余力矩的干扰是影响系统性能好坏的重要因素。针对多余力矩的抑制，目前的解决方案有两类：一类是结构补偿法，从系统的硬件入手，用辅助元件从产生机理上抵消多余力矩；另一类是控制补偿法，从控制策略入手，通过控制方法抑制多余力矩。目前针对电液伺服系统的先进控制策略，有反馈线性化、滑模以及自适应鲁棒等控制方法。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，这在实际应用中难以得到保证。滑模控制方法简单实用且对系统的外干扰等有一定的鲁棒性，但是基于一般滑模控制的方法会引起滑模面的抖动，使所设计的控制器不连续，从而使系统的性能恶化，不利于在工程实际中应用。自适应鲁棒控制方法主要基于系统的模型设计非线性控制器，针对参数不确定性，设计恰当的在线估计策略，以提高系统的跟踪性能；对可能发生的外干扰等不确定性非线性，通过强增益非线性反馈控制予以抑制进而提升系统性能，然而自适应鲁棒控制却容易被系统状态中的噪声所干扰，并且其参数估计的精度在某些场合也达不到要求，虽然这可以通过采用间接自适应的方法来解决，但间接自适应的输出跟踪性能却不理想，因此，在这里采用融合型直接/间接自适应鲁棒控制方法来解决电液负载模拟器中的一些问题。总结来说，现有电液伺服系统的控制技术的不足之处主要有以下几点：(1)忽略系统的模型不确定性。电液伺服系统的模型不确定性主要有参数不确定性和不确定性非线性。参数不确定性包括负载质量的变化、随温度及磨损而变化的粘性摩擦系数以及电气增益等；不确定性非线性，如未建模动态及外干扰等。忽略不确定性的存在，可能会使基于系统名义模型所设计的控制器不稳定或者性能降阶。(2)基于传统的滑模的控制方法所设计的控制器不连续。基于传统的滑模控制方法容易引起滑模面的抖动从而使所设计的控制器不连续，使系统的跟踪性能恶化。(3)基于一般的自适应鲁棒控制方法存在高增益反馈现象。一般的自适应鲁棒控制器对可能发生的大的外干扰等不确定性非线性，通过强增益非线性反馈控制予以抑制进而提升系统性能。然而高增益反馈易受测量噪声影响且可能激发系统的高频动态进而降低系统的跟踪性能，甚至导致系统不稳定。
技术实现思路
本专利技术为解决现有电液伺服系统控制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、基于一般的自适应鲁棒控制方法存在高增益反馈现象以及参数估计精度差的问题提出一种周期性干扰的期望补偿型自适应鲁棒力控制方法。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案为：一种周期性干扰的期望补偿型自适应鲁棒力控制方法，包括以下步骤：步骤1、建立负载模拟器的数学模型；步骤2、确定负载模拟器参数的自适应率；步骤3、设计周期性干扰的期望补偿型自适应鲁棒力控制方法的控制器。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本专利技术巧妙地设计了一个连续的映射模型，在同时考虑系统的参数不确定性以及外干扰等不确定性非线性的条件下对参数进行估计，并能保证参数估计在不确定性的范围之内；(2)本专利技术采用了动态补偿的方法克服了自适应中输出跟踪性能较差的缺点，提高了系统的跟踪性能；(3)本专利技术将参数估计和鲁棒性的设计完全分开，使得参数估计更不容易被采样干扰和噪声所影响，提高了参数估计的准确性；附图说明图1为本专利技术的控制方法流程图。图2为本专利技术的总体结构示意图。图3为本专利技术的参数θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6的估计值随时间变化的曲线图。图4为本专利技术的参数ψ1、ψ2、ψ3、ψ4、ψ5的估计值随时间变化的曲线图。图5为本专利技术的跟踪误差z1随时间变化的曲线图。图6为本专利技术的控制器u随时间变化的曲线图。具体实施方式:结合图1、图2，本专利技术周期性干扰的期望补偿型自适应鲁棒力控制方法的具体步骤如下：步骤1、建立负载模拟器的数学模型负载模拟器的输出力矩动态方程为：T=APL-By·-AfSf(y·)-f(t,y,y·)---(1)]]>公式(1)中，T为输出力矩，A为负载液压马达的排量，B为总的粘性阻尼系数，PL＝P1-P2为液压马达负载压力，P1，P2分别为马达两腔的压力，y和分别为系统位置和速度；Sf为摩擦模型的函数表达式，Af为其幅值，为所有未建模干扰项；压力动态方程为：Vt4βeP·L=QL-CtPL-Ay·---(2)]]>公式(2)中，βe为液压油的有效体积模量，Vt＝V1+V2为液压缸两个腔的总体积，V1＝V01+Ay、V2＝V02-Ay分别为两个腔的总体积，V01和V02分别为这两个腔的初始体积，Ct为马达的总泄露系数，QL为阀的线性化流量方程，其表达式为：QL＝Kqxv-KcPL(3)公式(3)中，Kq为流量增益，Kc为流量-压力系数，xv为阀芯位移，Ps为系统供油压力，系统回油压力Pr＝0，伺服阀的阀芯位移xv和输入电压u之间满足xv＝klu，其中kl为电压-阀芯位移增益系数，u为输入电压，因此，总的伺服阀增益系数g写为g＝kqkl；假设1：在正常工况下的实际液压系统，由于Pr和Ps的影响，P1和P2都是有界的，也就是说，0≤Pr＜P1＜Ps，0≤Pr＜P2＜Ps；对公式(1)求导可得：T·=AP·L-By··-AfS·f(y·)-f·(t,y,y·)---(4)]]>根据公式(1)、(2)、(3)、(4)，系统的动态方程可以写为：T·=4AklVtβeKqu-4βeKtVtT-4βeKtVtBy·-4A2VtBy·-By··-4βeKtVtAfSf(y·)-AfS·f(y·)-4&be本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种周期性干扰的期望补偿型自适应鲁棒力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立负载模拟器的数学模型；步骤2、确定负载模拟器参数的自适应率；步骤3、设计周期性干扰的期望补偿型自适应鲁棒力控制方法的控制器。

【技术特征摘要】
1.一种周期性干扰的期望补偿型自适应鲁棒力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立负载模拟器的数学模型；步骤2、确定负载模拟器参数的自适应率；步骤3、设计周期性干扰的期望补偿型自适应鲁棒力控制方法的控制器。2.根据权利要求1所述的周期性干扰的期望补偿型自适应鲁棒力控制方法，其特征在于，步骤1具体为：负载模拟器的输出力矩动态方程为：T=APL-By·-AfSf(y·)-f(t,y,y·)---(1)]]>公式(1)中，T为输出力矩，A为负载液压马达的排量，B为总的粘性阻尼系数，PL＝P1-P2为液压马达负载压力，P1，P2分别为马达两腔的压力，y和分别为系统位置和速度；Sf为摩擦模型的函数表达式，Af为其幅值，为所有未建模干扰项；压力动态方程为：Vt4βeP·L=QL-CtPL-Ay·---(2)]]>公式(2)中，βe为液压油的有效体积模量，Vt＝V1+V2为液压缸两个腔的总体积，V1＝V01+Ay、V2＝V02-Ay分别为两个腔的总体积，V01和V02分别为这两个腔的初始体积，Ct为马达的总泄露系数，QL为阀的线性化流量方程，其表达式为：QL＝Kqxv-KcPL(3)公式(3)中，Kq为流量增益，Kc为流量-压力系数，xv为阀芯位移，Ps为系统供油压力，系统回油压力Pr＝0，伺服阀的阀芯位移xv和输入电压u之间满足xv＝klu，其中kl为电压-阀芯位移增益系数，u为输入电压，因此，总的伺服阀增益系数g＝Kqkl；假设1：在正常工况下的实际液压系统，由于Pr和Ps的影响，P1和P2都是有界的，也就是说，0≤Pr＜P1＜Ps，0≤Pr＜P2＜Ps；对公式(1)求导可得：T·=AP·L-By··-AfS·f(y·)-f·(t,y,y·)---(4)]]>根据公式(1)、(2)、(3)、(4)，系统的动态方程写为：T·=4AklVtβeKqu-4βeKtVtT-4βeKtVtBy·-4A2VtBy·-By··-4βeKtVtAfSf(y·)-AfS·f(y·)-4βeKtVtf-f·---(5)]]>两边同时除以u前面的系数得到：Vt4AklβeKqT·=u-KtAklKqT-KtAklKqBy·-AklKqy·-VtB4AklβeKqy··-KtAklKqAfSf(y·)-Vt4AklβeKqAfS·f(y·)-KtAklKqf-Vt4AklβeKqf·---(6)]]>公式(5)、(6)中，Kt＝Kc+Ct；对于任意力矩跟踪指令，我们有以下假设：假设2：跟踪目标力矩Td(t)是连续可微的，并且Td(t)和他的一阶微分都是有界的，运动干扰y,也都是有界的；现将公式(6)写为：θ1T·=u-θ2T-θ3y·-θ4y··-θ5Sf(y·)-θ6S·f(y·)-d---...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗成洋，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