基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制方法技术方案

本发明专利技术公开了电液伺服控制技术领域的一种基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制方法，本发明专利技术针对阀控双出杆液压缸位置伺服系统的特点，建立了阀控双出杆液压缸位置伺服系统模型；设计的基于干扰补偿的电液伺服系统自适应约束控制器，对系统干扰进行估计并用于控制器设计，能有效解决电液伺服系统的不确定非线性问题，大大降低了系统的反馈增益，同时使用自适应控制器对系统参数进行逼近，大大削弱参数不确定性对系统的影响，考虑到系统状态约束问题，通过障碍李雅普诺夫函数的设计对系统的状态进行了约束，保证了双出杆液压缸伺服系统的位置输出能准确地跟踪期望的位置指令；本发明专利技术简化了控制器设计，更利于在工程实际中应用。

Adaptive state constraint control method of electro-hydraulic servo system based on disturbance compensation

【技术实现步骤摘要】
基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制方法
本专利技术涉及电液伺服控制
，具体为一种基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制方法。
技术介绍
电液伺服系统具有控制精度高、输出功率大、信号处理灵活，易于实现各种参量的反馈，因此，在功率-质量大的场合最为适合，其应用已遍及国防和工业的各个领域，比如飞机与船舶舵机的控制、雷达与火炮的控制、机床工作台的位置控制、板带轧机的板厚控制、电炉冶炼的电极位置控制、材料试验机及其他实验机的压力控制等等。然而，为电液伺服系统设计高性能的控制器并不容易。因为设计人员很可能会遇到很多的模型不确定性，这些不确定性因素增加了控制系统的设计难度，且可能会严重恶化能够取得的控制性能，从而导致低控制精度，极限环震荡，甚至不稳定性。为了提高电液系统的跟踪性能，设计人员对许多先进的非线性控制器进行了研究，如鲁棒自适应控制，自适应鲁棒控制(ARC)，滑模控制等等。特别是自适应鲁棒控制已被应用到多种工程实际中，虽然都取得了优异的跟踪性能，但是这种高精度的控制性能有可能是通过大的反馈增益取得的。因此如何在取得高精度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤一、针对双出杆液压缸伺服系统的特点，建立双出杆液压缸伺服系统模型；/n步骤二、基于双出杆液压缸伺服系统模型构建电液伺服系统的扩张状态观测器；同时设计基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制器；最后验证系统稳定性；/n步骤三、调节相关参数以使得系统满足控制性能指标。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、针对双出杆液压缸伺服系统的特点，建立双出杆液压缸伺服系统模型；
步骤二、基于双出杆液压缸伺服系统模型构建电液伺服系统的扩张状态观测器；同时设计基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制器；最后验证系统稳定性；
步骤三、调节相关参数以使得系统满足控制性能指标。


2.根据权利要求1所述的一种基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制方法，其中，步骤一中，建立双出杆液压缸伺服系统模型的具体内容包括：根据牛顿第二定律，双出杆液压缸惯性负载的动力学模型方程为：



式中：y为负载位移，m表示惯性负载，PL＝P1-P2是负载驱动压力，P1和P2分别为液压缸两腔压力，A为活塞杆有效工作面积，b代表粘性摩擦系数，f代表其他未建模干扰，比如非线性摩擦，外部干扰以及未建模动态；液压缸负载压力动态方程为：



式中：Vt分别为液压缸两腔总有效容积，Ct为液压缸泄漏系数，QL＝(Q1+Q2)/2是负载流量，Q1为液压缸进油腔供油流量，Q2为液压缸回油腔回油流量，q(t)为建模误差及未建模动态，
QL为伺服阀阀芯位移xv的函数：



式中：为流量伺服阀的增益系数，Cd为伺服阀的流量系数，w为伺服阀的面积梯度；ρ为液压油的密度，Ps为供油压力；sign(xv)为



假设伺服阀阀芯位移正比于控制输入u，即，xv＝kiu，其中ki>0是比例系数，u是控制输入电压，因此，等式(3)可以转化为



式中：kt＝kqki表示总的流量增益；
定义状态变量那么整个系统可以写成如下状态空间形式：



定义未知参数集θ＝[θ1，θ2，θ3，θ4]T，其中θ1＝b/m，θ2＝4βekt/mVt，θ3＝4βeA2/mVt，θ4＝4βeCt/Vt，d1(x，t)＝f/m，d2(x，t)＝4βeAq(t)/mVt；期望系统的输出状态约束在集Ω中，Ω＝{xi:|xi|≤ci,i＝1,2,3}，ci＞0为常数。


3.根据权利要求2所述的一种基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制方法，其特征在于：
假设1：d1(x，t)和d2(x，t)的导数有界，即



式中：δ1、δ2、ζ1、ζ2为已知正常数；
假设2：期望指令x1d(t)及其的时间i次倒数i＝1，2，3满足x1d(t)≤υ0≤c1-L1，υi＞0为常数，L1>0为设计参数。


4.根据权利要求3所述的一种基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制方法，其中，步骤二中，为了在控制器中补偿系统的不确定性，设计了一种扩张状态观测器，具体步骤如下：基于式(7)设计扩张状态观测器如下



式中：ωi>0，(i＝2，3)为观测器参数，为·的估计值，表示估计误差；基于不同的扩张状态，可以得到如下两种误差动态：
定义1：扩张状态xe2＝d1(x，t)，xe3＝d2(x，t)，则可得误差动态如下



式中：θ＝[θ1,θ2,θ3,θ4]T，定义由(9)可得



式中：B1＝[0,0,1]T，B2＝[0,1]T，C1＝[0,1,0]T，C2＝[1,0]T；
定义2：扩张状态则可得



由于A1，A2是Hurwitz矩阵，存在正定矩阵P1，P2使


5.根据权利要求4所述的一种基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制方法，其中，步骤二中，设计基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制器，具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐张宝，刘庆运，胡晓磊，孙船斌，蔡瑞，冯德伟，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34