一种电液伺服系统的平行控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种电液伺服系统的平行控制方法及系统，涉及平行控制的技术领域，构建电液伺服系统负载力平衡方程及流量方程，构建电液伺服系统的数学模型，基于电液伺服系统的数学模型，构建误差增广系统及增广性能指标函数，基于误差增广系统及增广性能指标函数，通过评判神经网络获得最优值函数，根据最优值函数对电液伺服系统设计平行控制器，利用平行控制器进行电液伺服系统的平行控制，能够提升对电液伺服系统的控制性能。电液伺服系统的控制性能。电液伺服系统的控制性能。

【技术实现步骤摘要】
一种电液伺服系统的平行控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及平行控制的
，更具体地，涉及一种电液伺服系统的平行控制方法及系统。

技术介绍

[0002]电液伺服系统作为一种控制精度高、响应速度快、输出功率大、维护方便、传动效率高以及能源获取方便的传动系统在众多领域内都有广泛的应用，如飞机与船舶舵机的控制、机床工作台的位置控制及发电机转速的控制等。
[0003]电液伺服系统属于非线性系统，其包含多种非线性特征，传统的线性理论设计的控制方法逐渐难以满足电液伺服系统性能的要求，因此，需要根据电液伺服系统中存在的非线性特性设计能够有效改善电液伺服系统的非线性特性的控制方法，为解决传统的控制方法所出现的问题，现有技术提出一种电液伺服系统的滑模控制方法，将滑模控制应用于电液伺服系统以提高系统的跟踪性能和动态响应特性，然而，该控制方法在应用时存在一定的局限性：该控制方法中控制器的设计仅与系统状态相关，而系统状态易受各种因素影响，且难以测量，无法获得控制信号，且该控制方法中电液伺服系统易受控制信号的抖振现象的影响，无法完全消除控制信号的抖振现象，导致控制性能差。

技术实现思路

[0004]为解决现有控制方法在电液伺服系统控制时，控制性能差的问题，本专利技术提出一种电液伺服系统的平行控制方法及系统，能够提升对电液伺服系统的控制性能。
[0005]为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种电液伺服系统的平行控制方法，包括：
[0007]S1.构建电液伺服系统的负载力平衡方程及流量方程；
[0008]S2.构建电液伺服系统的数学模型；
[0009]S3.基于电液伺服系统的数学模型，构建误差增广系统及增广性能指标函数；
[0010]S4.基于误差增广系统及增广性能指标函数，通过评判神经网络获得最优值函数；
[0011]S5.根据最优值函数对电液伺服系统设计平行控制器，利用平行控制器进行电液伺服系统的平行控制。
[0012]优选的，在步骤S1中，所述电液伺服系统为液压缸电液伺服系统，构建电液伺服系统负载力平衡方程及流量方程的过程如下：
[0013]根据牛顿第二定律得到液压缸的活塞的运动学方程为：
[0014][0015]其中，P
L
＝P1‑
P2，P1、P2分别表示液压缸进油口和回油口的压力差，A
p
为液压缸的活塞有效面积，P
L
为施加在液压缸电液伺服系统的外负载力，m为液压缸活塞的质量，B
p
为液压缸粘性阻尼系数，x
p
为液压缸活塞的位移，为液压缸活塞的速度，为液压缸活塞的加速度；
[0016]根据液压缸的活塞的运动学方程，得到液压缸电液伺服系统的负载力平衡方程：
[0017][0018]其中，C
t
为液压缸的内泄漏系数，P
L
＝P1‑
P2，P
L
表示液压缸进油口和回油口的压力差，P1为进油口的压力，P2为回油口的压力，V
t
为液压缸的总容积，β
e
为液压油的有效体积弹性模量，Q
L
为电液伺服系统中伺服阀负载流量，由如下表达式获得：
[0019][0020]其中，Q1为液压缸进油口的流量，Q2为液压缸回油口的流量；
[0021]则液压缸电液伺服系统的流量方程为：
[0022][0023]其中，P
s
为液压源供油压力，sgn(x
v
)的表达式为：
[0024][0025]k
q
的表达式为：
[0026][0027]其中，C
d
为流量系数，ω为阀芯面积梯度，ρ为油液密度；
[0028]阀芯位移x
v
的表达式为：
[0029]x
v
＝k
i
u
ꢀꢀꢀ
(7)
[0030]其中，k
i
为正增益，k
i
根据伺服阀样本所提供的特性曲线获得，u为控制输入电压；
[0031]由上述表达式得到电液伺服系统中伺服阀负载流量QL的表达式：
[0032][0033]其中，k
t
＝k
q
k
i
，k
t
表示与控制输入电压u相关的总流量增益。
[0034]优选的，根据公式(1)、(2)及(8)表征的非线性模型，定义液压缸电液伺服系统状态变量为将液压缸电液伺服系统的状态方程表达形式为：
[0035][0036][0037][0038]其中，ψ(x2，x3)、g(u)及C的表达式如下：
[0039][0040][0041][0042]根据上述公式将液压缸电液伺服系统的状态方程表达形式简化为：
[0043][0044]其中，f(x，u)的表达式为：
[0045][0046]优选的，在步骤S3中，
[0047]确定动态方程表达式：
[0048][0049]其中，x
d
∈R3为期望跟踪轨迹，f
d
∈R3；
[0050]定义误差信号e＝x
‑
x
d
，根据公式(8)和(10)得到误差系统的表达式：
[0051][0052]令s＝[eu]T
，获得误差增广系统的表达式：
[0053][0054]其中，
[0055]根据最优控制原理，定义性能指标函数为：
[0056][0057]其中，U
p
(s(τ)，u
s
(τ))为效用函数，表达式为：
[0058]U
p
(s(τ)，u
s
(τ))＝[e u]Q
p
[e u]T
+u
sT
R
p
u
s
＝s
T
Q
p
s+u
sT
R
p
u
s
ꢀꢀꢀ
(19)
[0059]其中，Q
p
∈R4×4，R
p
∈R，Q
p
及R
p
为对称正定矩阵；
[0060]定义哈密顿函数：
[0061][0062]其中，表示V
p
(s)的梯度。
[0063]优选的，在步骤S4中，
[0064]确定最优值函数满足HJB方程：
[0065][0066]针对误差增广系统的表达式(17)，确定最优平行控制函数，表达式为：
[0067][0068]基于公式(22)，通过求解获得最优控制策略
[0069][0070]将公式(23)代入公式(21)中，得到：
[007本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电液伺服系统的平行控制方法，其特征在于，包括：S1.构建电液伺服系统负载力平衡方程及流量方程；S2.构建电液伺服系统的数学模型；S3.基于电液伺服系统的数学模型，构建误差增广系统及增广性能指标函数；S4.基于误差增广系统及增广性能指标函数，通过评判神经网络获得最优值函数；S5.根据最优值函数对电液伺服系统设计平行控制器，利用平行控制器进行电液伺服系统的平行控制。2.根据权利要求1所述的电液伺服系统的平行控制方法，其特征在于，在步骤S1中，所述电液伺服系统为液压缸电液伺服系统，构建电液伺服系统的负载力平衡方程及流量方程的过程如下：根据牛顿第二定律得到液压缸的活塞的运动学方程为：其中，P
L
＝P1‑
P2，P1、P2分别表示液压缸进油口和回油口的压力差，A
p
为液压缸的活塞有效面积，F
L
为施加在液压缸电液伺服系统的外负载力，m为液压缸活塞的质量，B
p
为液压缸粘性阻尼系数，x
p
为液压缸活塞的位移，为液压缸活塞的速度，为液压缸活塞的加速度；根据液压缸的活塞的运动学方程，得到液压缸电液伺服系统的负载力平衡方程：其中，C
t
为液压缸的内泄漏系数，P
L
＝P1‑
P2，P
L
表示液压缸进油口和回油口的压力差，P1为进油口的压力，P2为回油口的压力，V
t
为液压缸的总容积，β
e
为液压油的有效体积弹性模量，Q
L
为电液伺服系统中伺服阀负载流量，由如下表达式获得：其中，Q1为液压缸进油口的流量，Q2为液压缸回油口的流量；则液压缸电液伺服系统的流量方程为：其中，P
s
为液压源供油压力，x
v
为电液伺服系统中伺服阀阀芯位移，sgn(x
v
)的表达式为：k
q
的表达式为：其中，C
d
为流量系数，ω为阀芯面积梯度，ρ为油液密度；阀芯位移x
v
的表达式为：
x
v
＝k
i
u(7)其中，k
i
为正增益，k
i
根据伺服阀样本所提供的特性曲线获得，u为控制输入电压；由上述表达式得到电液伺服系统中伺服阀负载流量Q
L
的表达式：其中，k
t
＝k
q
k
i
，k
t
表示与控制输入电压u相关的总流量增益。3.根据权利要求2所述的电液伺服系统的平行控制方法，其特征在于，在步骤S2中，根据公式(1)、(2)及(8)表征的非线性模型，定义液压缸电液伺服系统状态变量为将液压缸电液伺服系统的数学模型表达形式为：将液压缸电液伺服系统的数学模型表达形式为：将液压缸电液伺服系统的数学模型表达形式为：其中，ψ(x2,x3)、g(u)及C的表达式如下：)、g(u)及C的表达式如下：)、g(u)及C的表达式如下：根据上述公式将液压缸电液伺服系统的数学模型表达形式简化为：其中，f(x,u)的表达式为：4.根据权利要求3所述的电液伺服系统的平行控制方法，其特征在于，在步骤S3中，确定动态方程表达式：其中，x
d
∈R3为期望跟踪轨迹，f
d
∈R3；定义误差信号e＝x
‑
x
d
，根据公式(8)和(10)得到误差系统的表达式：令s＝[e u]
T
，获得误差增广系统的表达式：其中，根据最优控制原理，定义增广性能指标函数为：
其中，U
p
(s(τ)，u
s
(τ)为效用函数，表达式为：U
p
(s(τ)，u
s
(τ))＝[e u]Q
p
[e u]
T
+u
sT
R
p
u
s
＝s
T
Q
p
s+u
sT
R
p
u
s
(19)其中，Q
p
∈R4×4，R
p
∈R，Q
p
及R
p
为对称正定矩阵；定义哈密顿函数：其中，表示V
p
(s)的梯度。5.根据权利要求4所述的电液伺服系统的平行控制方法，其特征在于，在步骤S4中，确定最优值函数确定最优值函数满足HJB方程：针对误差增广系统的表达式(17)，确定最优平行控制函数，表达式式为：基于公式(22)，求解获得最优控制策略获得最优控制策略将公式(23)代入公式(21)中，得到：将最优控制策略代入HJB方程，得到表达式如下：采用以下神经网络近似最优值函数采用以下神经网络近似最优值函数其中，W
*
为神经网络的理想权值，N为隐含层神经元的个数，ε(s)为神经网络的近似误差，σ(s)：R4→
R
N
为神经网络双极S型激活函数，表达式为：则最优控制策略表达式为：其中，定义最优值函数的估计值则确定评判神经网络表达式为：
其中，为W
*
的估计值。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：林锦全，刘德荣，王永华，赵博，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：