基于模糊自抗扰控制的电液位置伺服系统重构控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于模糊自抗扰控制的电液位置伺服系统重构控制方法及装置，首先，推导出电液伺服系统数学模型；其次，分析电液位置伺服系统的三种典型故障并进行了故障注入；然后，设计自抗扰控制器保证系统良好的工作性能；最后，设计模糊逻辑，将其与自抗扰控制器中的非线性状态误差反馈律相结合，实现电液位置伺服系统面对组件故障的重构控制。本发明专利技术提出的基于模糊自抗扰控制的电液位置伺服系统重构控制器能够有效地补偿组件故障产生的不利影响，针对传感器漂移、液压缸内泄漏和液压油混入空气等故障具有良好的鲁棒性和优秀的重构能力，保证了电液位置伺服系统在整个工作任务中的可靠性与安全性。务中的可靠性与安全性。务中的可靠性与安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于模糊自抗扰控制的电液位置伺服系统重构控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及航空机电系统及其控制方法，具体涉及一种基于模糊自抗扰控制的电液位置伺服系统重构控制方法及转置。

技术介绍

[0002]作为典型的航空机电系统，电液位置伺服系统集机、电、液于一体，具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵活以及各种参数的系统反馈等优点。电液位置伺服系统已经广泛应用于航空航天工程，特别是驱动大型飞机操纵面以及控制飞行模拟器等。但是，电液位置伺服系统容易受到参数不确定性和外部干扰的影响，许多先进的控制方法被提出来解决这个问题，尽管控制效果和抗干扰能力有所提高，但传感器故障和执行器退化等部件故障并未得到重视，电液位置伺服系统的可靠性和安全性没有被真正加强。因此，有必要为其设计一个能够自动容忍潜在故障的重构控制系统。
[0003]现有技术中对电液伺服系统建模及其主要元件故障仿真分析主要采取自下而上的建模方法对阀控非对称液压缸电液位置伺服系统进行建模，并将故障参数注入模型，仿真结果对故障监测与诊断以及液压产品升级改造具有一定的参考价值。
[0004]目前也有利用奇偶方程和模糊逻辑进行故障检测与诊断，在故障发生时利用内模控制(结构对控制器进行无扰切换，从而重新配置控制回路来进行容错，实验结果证实了该方案具有工业应用前景。
[0005]现有的电液伺服阀智能故障诊断方法，能够快速准确地定位故障点，通过建立基准数学模型，对采集到的状态异常的参数进行快速甄别，进而准确分析出故障地点，建立参数训练集，提高故障诊断的效率。但是仅仅对电液伺服阀进行了故障诊断，并没有进一步研究其发生故障后的运行情况，安全性和可靠性有限，不足以保证工作安全。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术的一个目的是提供一种基于模糊自抗扰控制的电液位置伺服系统重构控制方法，以补偿电液位置伺服系统传感器漂移、液压缸内泄漏和液压油混入空气等组件故障产生的不利影响。
[0007]本专利技术的另一个目的是提供一种基于模糊自抗扰控制的电液位置伺服系统重构控制装置。
[0008]技术方案：本专利技术的基于模糊自抗扰控制的电液位置伺服系统的重构控制方法，包括以下步骤：
[0009]S1、构建电液位置伺服系统的数学模型，该数学模型为电液伺服阀的传递函数、液压缸的传递函数、伺服放大器传递函数、位移传感器传递函数及控制器传递函数组成的闭环系统模型；
[0010]S2、分析电液位置伺服系统的典型故障并进行故障注入，电液位置伺服系统的典
型故障包括位移传感器漂移、液压缸内泄漏和液压油混入空气故障；
[0011]S3、设计自抗扰控制器，自抗扰控制器包括二阶跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈律，二阶跟踪微分器用于给系统安排过渡过程，使得被控量跟踪跟踪微分器给出的过渡过程信号；扩张状态观测器利用被控对象的输入量和输出量，对系统状态和总扰动进行实时地观测；非线性状态误差反馈律，将扩张状态观测器的观测值与二阶跟踪微分器给出的过渡过程信号的差值进行非线性组合，形成控制量来补偿总扰动；
[0012]S4、设计模糊逻辑，将其与自抗扰控制器中的非线性状态误差反馈律相结合，在线调整非线性状态误差反馈律的参数k1,k2，实现电液位置伺服系统面对组件故障的重构控制。
[0013]进一步的，步骤S2中位移传感器漂移故障模型为：
[0014]x
′
s
＝k
DFT
x
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；
[0015]其中，x
′
s
是位移传感器的实际输出，k
DFT
是传感器漂移系数，x
s
是位移传感器的测量位移；
[0016]液压缸内泄漏是指液压缸两个压力之间的相互渗漏液压油，通过减小系统的总流量压力系数K
ce
进行故障的注入；
[0017]液压油混入空气故障是指在系统工作发热液压油产生气体或者安装时空气混入液压油中，通过改变油液的等效体积弹性模量β
e
来对该故障进行注入。
[0018]进一步的，步骤S3中二阶跟踪微分器为：
[0019][0020]其中，v1(k)为k时刻期望值的跟踪信号，v1(k+1)为k+1时刻期望值的跟踪信号，v
r
(k)为输入信号，v2(k)为k时刻v1(k)的微分信号，v2(k+1)为k+1时刻v1(k)的微分信号，r,h分别为快速因子和滤波因子，fhan函数称为最速综合函数。
[0021]进一步的，步骤S3中扩张状态观测器为：
[0022][0023]其中，ε是误差估计，z1(k)是k时刻的状态估计，z1(k+1)是k+1时刻的状态估计，z2(k)是z1在k时刻的导数，z2(k+1)是k+1时刻的导数，z3(k)是k时刻的扩张状态，z3(k+1)是k+1时刻的扩张状态，b为控制器的补偿增益，u(k)是控制输出，(δ,β
01
,β
02
,β
03
)是一组可调参数；
[0024]非线性函数fal(ε,α,δ)的表达式如下：
[0025][0026]进一步的，步骤S3中非线性状态误差反馈律为：
[0027][0028]其中，k1,k2,α1,α2,δ0均为可调参数，u0为状态反馈控制器的输出值，u表示最终控制器的输出值，v1(k)是k时刻期望值的跟踪信号，v2(k)为k时刻v1(k)的微分信号，e1,e2分别为误差及误差的微分信号。
[0029]进一步的，步骤S4中模糊逻辑具体为：
[0030]模糊输入量为：(e1,e2)，其中，e1,e2分别为误差以及误差的微分信号；
[0031]模糊输出变量为：(
△
k1,
△
k2)；
[0032]根据模糊规则，5个模糊语言子集被分别定义在各自的论域上：{负大(NB)，负小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正大(PB)}；
[0033]则模糊输入量(e1,e2)的论域分别为[0,1]，[
‑
10,2]；
[0034]模糊输出量(
△
k1,
△
k2)的论域分别为[
‑
50,+50]，[
‑
5,+5]；
[0035]隶属度函数选择高斯函数，模糊推理采用Mamdani型推理规则；
[0036]最终的误差反馈控制律的增益系数为：
[0037][0038]其中，是状态误差反馈初值，(k1,k2)是最终值，(
△
k1,
△
k2)是模糊输出量。
[0039]本专利技术的一个实施例中，基于模糊自抗扰控制的电液位置伺服系统的重构控制装置，包括：
[0040]跟踪微分器，根据输入信号，输出期望的跟踪信号和期望跟踪信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于模糊自抗扰控制的电液位置伺服系统的重构控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建电液位置伺服系统的数学模型，该数学模型为电液伺服阀的传递函数、液压缸的传递函数、伺服放大器传递函数、位移传感器传递函数及控制器传递函数组成的闭环系统模型；S2、分析电液位置伺服系统的典型故障并进行故障注入，电液位置伺服系统的典型故障包括位移传感器漂移、液压缸内泄漏和液压油混入空气故障；S3、设计自抗扰控制器，自抗扰控制器包括二阶跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈律，二阶跟踪微分器用于给系统安排过渡过程，使得被控量跟踪跟踪微分器给出的过渡过程信号；扩张状态观测器利用被控对象的输入量和输出量，对系统状态和总扰动进行实时地观测；非线性状态误差反馈律将扩张状态观测器的观测值与二阶跟踪微分器给出的过渡过程信号的差值进行非线性组合，形成控制量来补偿总扰动；S4、设计模糊逻辑，将其与自抗扰控制器中的非线性状态误差反馈律相结合，在线调整非线性状态误差反馈律的参数k1,k2，实现电液位置伺服系统面对组件故障的重构控制。2.根据权利要求1所述的基于模糊自抗扰控制的电液位置伺服系统的重构控制方法，其特征在于，步骤S2中位移传感器漂移故障模型为：x
′
s
＝k
DFT
x
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；其中，x
′
s
是位移传感器的实际输出，k
DFT
是传感器漂移系数，x
s
是位移传感器的测量位移；液压缸内泄漏是指液压缸两个压力之间的相互渗漏液压油，通过减小系统的总流量压力系数K
ce
进行故障的注入；液压油混入空气故障是指在系统工作发热液压油产生气体或者安装时空气混入液压油中，通过改变油液的等效体积弹性模量β
e
来对该故障进行注入。3.根据权利要求1所述的基于模糊自抗扰控制的电液位置伺服系统的重构控制方法，其特征在于，步骤S3中二阶跟踪微分器为：其中，v1(k)为k时刻期望值的跟踪信号，v1(k+1)为k+1时刻期望值的跟踪信号，v
r
(k)为输入信号，v2(k)为k时刻v1(k)的微分信号，v2(k+1)为k+1时刻v1(k)的微分信号，r,h分别为快速因子和滤波因子，fhan函数称为最速综合函数。4.根据权利要求1所述的基于模糊自抗扰控制的电液位置伺服系统的重构控制方法，其特征在于，步骤S3中扩张状态观测器为：
其中，ε是误差估计，z1(k)是k时刻的状态估计，z1(k+1)是k+1时刻的状态估计，z2(k)是z1在k时刻的导数，z2(k+1)是k+1时刻的导数，z3(k)是k时刻的扩张状态，z3(k+1)是k+1时刻的扩张状态，b为控制器的补偿增益，u(k)是控制输出，(δ,β
01
,β
02
,β
03
)是一组可...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘舒畅，杨忠，张钊，周国兴，陈爽，张小恺，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：