电液位置伺服系统的多模型自适应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电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法及装置，方法为：首先，根据电液位置伺服系统的故障类型构建电液位置伺服系统的故障数学模型，并设计参考模型；其次，设计自适应重构控制律，使故障系统的输出跟踪参考模型的输出，以补偿故障系统输出误差；然后，根据故障类型建立组合多模型集，每个模型都有相应的独立控制器；接着，设计模型切换机制对故障系统进行模型匹配，使其自动切换到性能指标最小的控制器。本发明专利技术提出的基于多模型自适应的电液位置伺服系统重构方法能够有效地补偿组件故障产生的不利影响，针对传感器、执行器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。中的可靠性与安全性。中的可靠性与安全性。

【技术实现步骤摘要】
电液位置伺服系统的多模型自适应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，具体涉及一种电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法及装置。

技术介绍

[0002]电液位置伺服系统是集机、电、液于一身的复杂控制系统，具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵活等优点。电液位置伺服系统在航空航天工程中应用越来越广泛，特别是在大型飞机舵面控制以及飞行模拟器控制等。然而电液位置伺服系统结构复杂，不可避免地存在组件故障隐患。一旦其某个部件发生故障，很容易引发连锁反应，甚至造成更严重的后果，系统的可靠性和安全性会因此大大降低。
[0003]目前对电液位置伺服系统及其故障的分析，主要是建立系统非线性状态空间模型，分析控制参数对输出特性的影响，并且模拟仿真液压系统的几种典型故障；通过自上而下的建模方法对电液位置伺服系统进行建模，将实际电液位置伺服系统主要元件的故障模拟化，其仿真结果对故障检测与诊断以及液压产品的升级改造有一定的参考价值。
[0004]现有的伺服控制器及电液位置伺服系统，由闭环控制单元、伺服阀驱动单元、单片机设定单元以及电源单元构成。闭环控制单元采用PID控制算法，并且通过单片机设定单元调整增益参数，调整简单灵活且精度高，从而伺服控制器的实时性和可互换性增强。但是并没有考虑到电液位置伺服系统发生组件故障的情况，其安全性和可靠性有限，不足以保证工作安全。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的一个目的是提供一种电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法，以补偿故障产生的不利影响，提高电液位置伺服系统的可靠性和安全性，进而保证工作任务安全顺利完成。
[0006]本专利技术的另一个目的是一种电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制装置。
[0007]技术方案：本专利技术的电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法，包括以下步骤：
[0008]S1、根据电液位置伺服系统的故障类型构建电液位置伺服系统的故障数学模型，并设计参考模型；
[0009]S2、设计自适应重构控制律，使故障系统的输出跟踪参考模型的输出，以补偿故障系统输出误差；
[0010]S3、根据电液位置伺服系统的故障类型建立组合多模型集，组合多模型集包括多个固定模型，自适应模型，以及可初始化自适应模型，并给每个模型设计相应的独立控制器；
[0011]S4、设计模型切换机制，所述模型切换机制用于对故障系统进行模型匹配，使其自动切换到性能指标最小的控制器，完成故障系统重构控制。
[0012]进一步的，步骤S1中电液位置伺服系统的故障包括传感器故障和执行器故障，电液位置伺服系统的故障数学模型为：
[0013][0014][0015]其中，表示故障系统的状态向量，是x
p
(t)的导数，是故障系统的输入向量，是故障系统的输出向量，ω(t)为外部有界扰动，和G∈R
n
分别为故障系统的系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵和扰动矩阵，A、B、C分别为电液位置伺服系统的系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵，{σA,σB,σC}是由故障引起的具有适当维数的有界参数摄动矩阵。
[0016]进一步的，步骤S1中参考模型为：
[0017][0018]其中，表示参考模型的状态向量，为x
m
(t)的导数，是参考模型的输入向量，是参考模型的输出向量，是参考模型的输出向量，分别为参考模型的系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵。
[0019]进一步的，步骤S2中自适应重构控制律包括重构控制律和自适应律，其中，重构控制律为：
[0020]u
ad
(t)＝K1r(t)+K2x
p
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)；
[0021]其中，u
ad
(t)为重构控制输入向量，r(t)是参考模型的输入向量，x
p
(t)表示故障系统的状态向量，和是自适应控制增益矩阵；
[0022]自适应律为：
[0023][0024]其中，和是自适应控制增益矩阵，是K1的导数，是K2的导数，是故障系统的状态向量的转置，为参考模型的输入矩阵，和均为对称的正定矩阵，r
T
(t)是参考模型的输入向量r(t)的转置，e
x
为故障系统的状态误差，P是方程的正定对称解，为参考模型的系统矩阵，是A
m
的转置，为任意的常数矩阵。
[0025]进一步的，步骤S3中第i个固定模型为：
[0026][0027]其中，为第i个固定模型系统状态向量的导数，i＝1,2,
…
,n，θ
i
＝(A
fi
,B
fi
,G
fi
)为第i个固定模型的参数向量，A
fi
、B
fi
和G
fi
分别为第i个固定模型的系统矩阵、输入矩阵和扰动矩阵，为参数向量，ω
T
(t)分别为故障系统的状态向量x
p
(t)、输入向量u
p
(t)和外部扰动ω(t)的转置；
[0028]第i个固定模型的控制器为：
[0029]u
i
(t)＝(C
fi
B
fi
)
‑1[C
m
A
m
x
m
(t)+C
m
B
m
r(t)
‑
C
fi
A
fi
x
p
(t)
‑
G
fi
ω(t)]ꢀꢀꢀ
(7)；
[0030]其中，u
i
(t)为第i个固定模型控制器的输入向量，C
fi
为第i个固定模型的输出矩阵，A
m
、B
m
、C
m
分别为参考模型的系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵，x
p
(t)表示故障系统的状态向量，x
m
(t)表示参考模型的状态向量，r(t)是参考模型的输入向量，ω(t)为外部扰动。
[0031]进一步的，步骤S3中自适应模型为：
[0032][0033]其中，分别为故障系统的系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵，是自适应模型的观测输入向量，是故障系统的输出向量，为自适应模型的状态向量，为的导数，是自适应模型的输出向量，L为自适应模型观测矩阵；
[0034]自适应模型的控制器为：
[0035][0036]其中，为的导数，Γ3∈R
+
是自适应增益，为自适应模型的状态误差，是的转置，Proj为投影算子，P0是Lyapunov方程的一个对称正定解。
[0037]进一步的，步骤S3中可初始化自适应模型为：
[0038][003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据电液位置伺服系统的故障类型构建电液位置伺服系统的故障数学模型，并设计参考模型；S2、设计自适应重构控制律，使故障系统的输出跟踪参考模型的输出，以补偿故障系统输出误差；S3、根据电液位置伺服系统的故障类型建立组合多模型集，组合多模型集包括多个固定模型，自适应模型，以及可初始化自适应模型，并给每个模型设计相应的独立控制器；S4、设计模型切换机制，所述模型切换机制用于对故障系统进行模型匹配，使其自动切换到性能指标最小的控制器，完成故障系统重构控制。2.根据权利要求1所述的一种电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法，其特征在于，步骤S1中电液位置伺服系统的故障包括传感器故障和执行器故障，电液位置伺服系统的故障数学模型为：系统的故障数学模型为：其中，表示故障系统的状态向量，是x
p
(t)的导数，是故障系统的输入向量，是故障系统的输出向量，ω(t)为外部有界扰动，和G∈R
n
分别为故障系统的系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵和扰动矩阵，A、B、C分别为电液位置伺服系统的系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵，{σA,σB,σC}是由故障引起的具有适当维数的有界参数摄动矩阵。3.根据权利要求1所述的一种电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法，其特征在于，步骤S1中参考模型为：其中，表示参考模型的状态向量，为x
m
(t)的导数，是参考模型的输入向量，是参考模型的输出向量，是参考模型的输出向量，分别为参考模型的系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵。4.根据权利要求1所述的一种电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法，其特征在于，步骤S2中自适应重构控制律包括重构控制律和自适应律，其中，重构控制律为：u
ad
(t)＝K1r(t)+K2x
p
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)；其中，u
ad
(t)为重构控制输入向量，r(t)是参考模型的输入向量，x
p
(t)表示故障系统的状态向量，和是自适应控制增益矩阵；自适应律为：
其中，和是自适应控制增益矩阵，是K1的导数，是K2的导数，是故障系统的状态向量的转置，为参考模型的输入矩阵，和均为对称的正定矩阵，r
T
(t)是参考模型的输入向量r(t)的转置，e
x
为故障系统的状态误差，P是方程的正定对称解，为参考模型的系统矩阵，是A
m
的转置，为任意的常数矩阵。5.根据权利要求1所述的一种电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法，其特征在于，步骤S3中第i个固定模型为：其中，为第i个固定模型系统状态向量的导数，i＝1,2,
…
,n，θ
i
＝(A
fi
,B
fi
,G
fi
)为第i个固定模型的参数向量，A
fi
、B
fi
和G
fi
分别为第i个固定模型的系统矩阵、输入矩阵和扰动矩阵，为参数向量，ω
T
(t)分别为故障系统的状态向量x
p
(t)、输入向量u
p
(t)和外部扰动ω(t)的转置；第i个固定模型的控制器为：u
i
(t)＝(C
fi
B
fi
)
‑1[C
m
...

【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：