本发明专利技术公开了一种电液位置伺服系统的有限时间连续滑模控制方法，方法包括：建立电液位置伺服系统的数学模型；分别设计不匹配和匹配模型不确定性观测器；设计基于不匹配和匹配模型不确定性观测器的有限时间连续滑模控制器。本发明专利技术在设计滑模控制器中补偿了系统的建模不确定性，使控制器输出曲线连续，消除了滑模控制的抖振问题；同时解决了滑模控制方法在系统存在不匹配模型不确定性的情况下跟踪误差无法收敛到零的问题，并且获得了稳态跟踪误差在有限时间内为零的跟踪性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电液伺服控制
，特别是一种电液位置伺服系统的有限时间连 续滑模控制方法。
技术介绍
液压伺服系统具有功重比大、响应快及抗负载刚性强等突出优点，在众多重要领 域内得到广泛运用。电液伺服系统是一个典型的非线性系统，包含许多非线性特性和建模 不确定性。随着电液伺服系统向高精度、高频响发展时，系统呈现的非线性特性对系统性 能的影响越显著，而且建模不确定性的存在会使以系统名义模型设计的控制器不稳定或降 阶，因此电液伺服系统非线性特性和建模不确定性是限制系统性能提升的重要因素。随着 工业及国防领域技术水平的不断进步，以往基于传统线性理论设计的控制器已逐渐不能满 足系统的高性能需求，因此必须针对电液伺服系统中的非线性特性和建模不确定性研究更 加先进的非线性控制策略。 针对电液伺服系统的建模不确定性和强非线性特性的控制问题，许多方法相继被 提出。在液压位置伺服系统控制器的设计中，针对电液伺服系统存在的匹配和不匹配的模 型不确定性，反馈线性化控制策略的基本思想是通过在控制器中对非线性函数进行精确补 偿以使误差动态线性化。虽然理论上可以获得完美的渐近跟踪性能，但是实际系统的模 型是不可能精确已知的，总会存在建模不确定性，因此会恶化理论分析获得的跟踪性能，同 时，反馈线性化控制策略中要使用到系统的加速度信号，这也将增大测量噪声对系统跟踪 性能的恶化。而由于系统中存在不匹配模型不确定性，传统的滑模控制方法的基本思路是 通过增大控制器的鲁棒性来克服不匹配和匹配模型不确定性从而到达滑模面，但是，即使 到达滑模面后，系统地跟踪误差在不匹配模型不确定的干扰下仍然无法为零，只能得到一 个和不匹配模型不确定性上确界相关的一个一致有界的稳态跟踪误差。同时，电液位置伺 服系统是一个大刚度的系统，对高频信号和高增益信号特别敏感，极易在高频信号和高增 益信号的激励下发散失稳，而传统的滑模控制方法一方面是通过增大增益的方法来增加控 制器的鲁棒性，另一方面控制信号中存在高频抖振。这些都严重限制了传统的滑模控制方 法运用在电液位置伺服系统中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。 实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种电液位置伺服系统的有限时间连续滑模 控制方法，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、分别设计不匹配和匹配模型不确定性观测器； 步骤3、设计基于不匹配和匹配模型不确定性观测器的有限时间连续滑模控制 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终端滑模模型不确定性观测器观测液压位置伺服系统的匹 配和不匹配不确定性，并在设计滑模控制器中将匹配和不匹配不确定性补偿掉，使控制器 输出曲线连续，消除了滑模控制的抖振问题； (2)本专利技术解决了滑模控制方法在系统存在不匹配不确定性的情况下跟踪误差无 法收敛到零的问题，并且获得了稳态跟踪误差在有限时间内为零的跟踪性能； (3)本专利技术不使用系统加速度信息，使得系统在同时存在匹配和不匹配不确定性 非线性获得渐近跟踪的性能，增强了滑模控制方法运用在液压位置伺服系统中抵抗匹配和 不匹配不确定性和非线性的能力。【附图说明】 图1为本专利技术的流程图。 图2为本专利技术的液压位置伺服系统的原理图。 图3为本专利技术的原理示意图。 图4为本专利技术实施例中有限时间连续滑模控制器（FTC - SMC)作用下系统输出对 期望指令的跟踪曲线图。 图5为本专利技术实施例中有限时间连续滑模控制器（FTC - SMC)作用下系统的位置 跟踪误差随时间变化的曲线图。 图6为本专利技术实施例中有限时间连续滑模控制器（FTC - SMC)作用下系统的不匹 配模型不确定性观测曲线图。 图7为本专利技术实施例中有限时间连续滑模控制器（FTC - SMC)作用下系统的不匹 配模型不确定性观测误差随时间变化曲线图。 图8为本专利技术实施例中有限时间连续滑模控制器（FTC - SMC)作用下系统的匹配 模型不确定性观测曲线图。 图9为本专利技术实施例中有限时间连续滑模控制器（FTC - SMC)作用下系统的匹配 模型不确定性观测误差随时间变化曲线图。 图10为本专利技术实施例中有限时间连续滑模控制器（FTC -SMC)作用下和不确定性 补偿的滑模控制器（UC-SMC)作用下及反馈线性化控制器（FLC)作用下的位置跟踪误差随 时间变化曲线图。 图11为本专利技术实施例中有限时间连续滑模控制器（FTC -SMC)作用下系统的控制 输入随时间变化的曲线图。 图12为本专利技术实施例中不确定性补偿的滑模控制器（UC - SMC)作用下系统的控 制输入随时间变化的曲线图。【具体实施方式】 下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。 结合图1，本专利技术的液压位置伺服系统的不确定性补偿的滑模控制方法，包括以下 步骤： 步骤1、建立液压位置伺服系统的数学模型； 步骤I -1、如图2右半部分所示，液压位置伺服系统为通过伺服阀控制的液压马达 驱动惯性负载的系统构成，图2左半部分为伺服阀控制的液压马达的原理示意图，根据牛 顿第二定律，惯性负载的运动方程为：(1): 式⑴中m为惯性负载参数；P^T液压马达两腔压差；A为液压马达的排量；B为粘 性摩擦系数；/(.VjW为建模误差，包括m、Pp B的名义值与真实值之间的偏差以及外负载 干扰；y为惯性负载的位移；#为惯性负载的速度，步为惯性负载的加速度；t为时间变量； 忽略液压马达的外泄漏，则液压马达两腔的压力动态方程为：￡2) 式⑵中PJP P2分别为液压马达两腔的压力，為和4分别为PJP P2的导数J1 =V+Ay，V2= V ffi-Ay，VjP V 2分别表示液压马达两腔的控制容积；V ^和V。2分别为液压马 达两腔的初始容积；β <3为有效油液弹性模量；C t为内泄漏系数；q i (t)和q2 (t)分别为PjP P2动态方程的建模误差；Q i和Q2分别为液压马达的进油腔流量和回油腔流量；Q :和Q2与伺 服阀位移Xv的关系为： ( 3 ) C4) 其中，kq为流量增益，C d流量系数；ω为阀芯面积梯度；p为油液密度；P s为供油 压力，匕为回油压力；液压马达两腔压力满足〇〈？'?1〈?；3,〇〈匕〈? 2〈?；3，|^|〈〈匕； 液压位置伺服系统采用高频率响应的伺服阀，阀芯位移与控制输入近似为比例环 节即xv= k $，故式（3)可以写成.(.5): 式（5)中kt= k A代表总的流量增益，k丨为伺服阀增益，u为液压位置伺服系统 输入 定义状态变量J = _;,则系统的状态方程为： 式（6)中m、B、A、β e、kt、VQ1、V。# (：在观测器和控制器的设计中为名义值，其与真 实值之间的偏差集中放在未建模项中，在第二通中是d(x，t)，在第三通道中是q(t);其中， d(x，t)是系统的不匹配模型不确定性，包括外负载干扰、未建模摩擦和未建模动态；q(t) 是压力动态的建模误差，即系统匹配的模型不确定性；其中： d2 (x, t) = q (t) 因为|P」〈〈PS，则g(x)乒0 ;第二通道不匹配模型不确定性山匕^和第三通道匹 配模型不确定性(12〇^〇都是有界的，即： (I1 (x, t) I ^ D1, I d2 (x, t) I ^ D2 式中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电液位置伺服系统的有限时间连续滑模控制方法，其特征在于，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、分别设计不匹配和匹配模型不确定性观测器；步骤3、设计基于不匹配和匹配模型不确定性观测器的有限时间连续滑模控制器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姚建勇，刘龙，胡健，杨贵超，
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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