【技术实现步骤摘要】
具有时变输出约束的电液伺服系统非线性鲁棒位置控制方法
本专利技术涉及机电液伺服控制领域,具体而言涉及一种具有时变输出约束的电液伺服系统非线性鲁棒位置控制方法。
技术介绍
电液伺服系统由于具有功率密度大、动态响应快、输出力/力矩大以及带载刚度强等突出优点,广泛应用于工业、国防等领域。随着这些领域技术水平的不断进步,迫切需要高性能的电液伺服系统作为支撑,传统基于线性化方法得到的控制性能逐渐不能满足系统需求。电液伺服系统的非线性,如伺服阀压力流量非线性、压力动态非线性、摩擦非线性等,逐渐成为限制伺服系统性能提升的瓶颈因素。除此之外,电液伺服系统还存在诸多参数不确定性(负载惯量、泄漏系数、液压油弹性模量等)和不确定性非线性(未建模的摩擦动态、外干扰等)。不确定性的存在,可能会使以系统名义模型设计的控制器不稳定或性能降阶。目前针对电液伺服系统的先进控制策略,有非线性动态的局部线性化、自适应鲁棒以及滑模等控制方法。非线性动态的局部线性化方法可以使控制器的设计变得简单,但是基于此方法所建立的数学模型难以准确描述实际电液伺服系统,并且其全局稳定性难以证明。自适应鲁棒控制方法对可能发生的外干扰等非结构不确定性,通过强增益非线性反馈控制予以抑制进而提升系统性能,由于强增益非线性反馈控制往往导致较强的设计保守性(即高增益反馈),然而,当外干扰等非结构不确定性逐渐增大时,所设计的自适应鲁棒控制器的保守性就逐渐暴露出来,引起跟踪性能恶化,甚至出现不稳定现象。滑模控制方法简单实用且对系统的不确定性有很好的鲁棒性,但是基于一般滑模控制方法所设计的控制器往往不连续会引起滑模面的抖动,从而 ...
【技术保护点】
一种具有时变输出约束的电液伺服系统非线性鲁棒位置控制方法,其特征在于,该方法的实现包括以下步骤:步骤1、建立电液位置伺服系统的数学模型;步骤2、设计扩张状态观测器对电液位置伺服系统的干扰进行估计;步骤3、设计具有时变输出约束的电液伺服系统自适应鲁棒位置控制器;步骤4、调节参数使得电液位置伺服系统的位置输出准确地跟踪期望的位置指令,且使得液位置伺服系统的输入无抖动现象产生。
【技术特征摘要】
1.一种具有时变输出约束的电液伺服系统非线性鲁棒位置控制方法,其主要特征在于能够使系统的位置输出不超越预先规定的时变约束范围,该方法的实现包括以下步骤:步骤1、建立电液位置伺服系统的数学模型;步骤2、设计扩张状态观测器对电液位置伺服系统的干扰进行估计;步骤3、设计具有时变输出约束的电液伺服系统自适应鲁棒位置控制器;步骤4、调节参数使得电液位置伺服系统的位置输出准确地跟踪期望的位置指令,且使得液位置伺服系统的输入无抖动现象产生;其中,前述步骤1建立电液位置伺服系统的数学模型,其实现包括以下步骤:将电液位置伺服系统的运动学方程表达为:公式(1)中,J为负载惯量,y为负载角位移,PL=P1-P2为液压马达负载压力,P1、P2分别为液压马达两腔的油压,Dm为液压马达的排量,为连续可微的摩擦模型,B为粘性摩擦系数,为不确定性项,包括外干扰及未建模的摩擦;忽略建模误差,则负载压力动态方程为:公式(2)中,Vt、βe、Ct、QL分别为液压马达控制腔总容积、液压油弹性模量、液压马达泄漏系数及伺服阀负载流量,QL=(Q1+Q2)/2,Q1为由伺服阀进入液压马达进油腔的液压流量,Q2为由伺服阀流出液压马达回油腔的液压流量;建立伺服阀负载流量方程为:公式(3)中,为伺服阀阀芯位移流量增益,sign(xv)表示为:式中,xv、Ps、Cd、w、ρ分别为伺服阀阀芯位移、系统供油压力、伺服阀节流孔流量系数、节流孔面积梯度、液压油密度;简化伺服动态环节为比例环节,xv=kiu,ki为正常数,此时有sign(xv)=sign(u),因此,伺服阀负载流量方程转换为:公式(5)中,kt=kqki为伺服阀的与u相关的总流量增益;针对电液马达伺服系统,由式(1)(2)及(5)表征的非线性模型,定义系统状态变量为则系统非线性模型的状态空间形式为:公式(6)中,f(t)=d(t,x1,x2)/J为未建模动态及外干扰值,其中参数均为名义值且已知,参数B、J的变化造成的不确定性影响可归结到系统的干扰f(t)中;控制器设计的目标为使电液位置伺服系统对干扰f(t)具有良好的鲁棒性,并使输出y(t)满足约束其中kc1:R+→R、从而使故存在以下成立的假设:假设1:存在常数Kci和使kc1(t)≥Kc0,并且和假设2:存在函数Y0:R+→R+,满足Y0>kc1(t),存在正常数Yi,i=1,2使理想轨迹yd(t)以及它的微分满足和前述步骤2设计扩张状态观测器对电液位置伺服系统的干扰进行估计,其具体实现包括:针对公式(6)中的前两个状态方程,设计扩张状态观测器对电液位置伺服系统的干扰f(t)进行估计:首先将公式(7)中的干扰项f(t)扩张为冗余状态xe1,即令xe1=f(t),此时公式(7)中的状态x=[x1,x2]T变为x=[x1,x2,xe1]T;假设f(t)的一阶导数存在且有界,并定义则对于公式(7),扩张后的系统状态方程为:根据扩张后的状态方程(8),设计扩张状态观测器为:公式(9)中,为对系统状态x=[x1,x2,xe1]T的估计,其中分别是状态x1、x2及冗余状态xe1的估计值,ω01是扩张状态观测器的带宽且ω0...
【专利技术属性】
技术研发人员:姚建勇,杨贵超,徐张宝,邓文翔,董振乐,
申请(专利权)人:南京理工大学,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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