【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多液压缸系统同步控制领域，具体涉及一种用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法与系统。
技术介绍
1、处于地层深部的煤层气存在一个复杂的环境中，在温度、压力、磁场等多种因素作用下，煤层气的渗透性能是未知的，只有通过更为真实地模拟地下环境的状态，才能更清晰地了解煤层气在地下的微观规律。真三轴大压力仓是一个为了模拟地层深部煤层气所处环境的试验装置，能够在模拟试样的三个方向上进行加压。针对其性能要求设计了多液压缸加载的形式。为使试样的每个受力面在相同的时间内都能够达到预期的效果，必须要求多液压缸控制系统具有较高的同步性能。
2、多液压缸控制系统是一个极其复杂且具有很强耦合作用的系统，目前大多通过合适的控制策略减小耦合作用对系统的影响。在过去几十年中，针对多液压控制系统提出了几种不同的同步控制策略，主要包括：主从控制、相邻交叉耦合控制、偏差耦合控制等。主从控制具有简单的结构，其将一个液压缸设为主液压缸，其余为从液压缸，在控制过程中从液压缸跟随主液压缸的响应，主液压缸的跟踪误差会通过单向耦合作用传递到所有液压缸，形成误差累积现象。相邻交叉耦合与偏差耦合具有相似的控制结构，当液压缸数目不大于3时，两者控制结构相同，可以实现全局补偿；当液压缸数目大于3时，相邻交叉耦合控制不能实现全局补偿，偏差耦合控制在全局补偿方面虽优于相邻交叉耦合控制，但其误差信号运算量大，控制结构复杂。为了克服这一局限性，相关学者又提出了一些改进的同步控制策略，如：相对耦合控制等。相对耦合控制的确具有更好的同步控制性能，但当液压缸数目大于2时
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法与系统，在保证多液压缸同步性能的同时，降低了多液压缸控制系统结构的复杂性。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法，应用于多液压缸同步控制系统；本方法包括以下步骤：
3、s1、根据构造煤层气开采控制系统中应力应变加载过程，推导由电液伺服系统控制下的数学模型，建立所述电液伺服系统的传递函数表达式；
4、s2、基于所述传递函数表达式，通过均值偏差耦合控制策略对多液压缸同步控制系统进行解耦控制；
5、s3、基于所述均值偏差耦合控制策略，通过自适应滑模控制求解多液压缸同步系统中的广义不确定性参数；
6、s4、基于所述均值偏差耦合控制策略和自适应滑模控制，通过模糊控制进一步提高多液压缸同步系统的鲁棒性；
7、s5、基于均值偏差耦合控制策略、自适应滑模控制和模糊控制，通过改进的饱和函数以抑制系统的抖振，确定基于均值偏差耦合的模糊自适应滑模抖振抑制的多液压缸同步控制率；
8、s6、基于所述多液压缸同步控制率对多液压缸同步系统进行控制。
9、所述s1具体为：电液伺服系统至少包括控制装置、液压缸、伺服放大器、电液伺服阀和位移传感器，当外负载力fl＝0时，电液伺服系统的传递函数表示为：
10、
11、式中，s为复数变量，表示为系统的频率响应；kθ为伺服放大器的放大增益；ksv为电液伺服阀流量增益；u为控制装置的输出电压；xp为液压缸的活塞位移；kf为位移传感器的反馈增益；ap为液压缸的活塞杆等效面积；ωsv为电液伺服阀固有频率；ξsv为电液伺服阀阻尼比；ωh为固有频率；ξh为阻尼比。
12、所述s2具体为：
13、对所有液压缸的输出位移求和并求解得到平均输出位移，将各液压缸的输出位移与平均输出位移之差作为各液压缸的同步误差，并将同步误差与跟踪误差线性叠加得出误差信号；
14、通过均值偏差耦合控制策略对液压缸的同步误差与跟踪误差进行补偿，从而实现同步误差与跟踪误差的同步收敛以及多液压缸同步控制系统的解耦；
15、定义多液压缸同步控制系统中液压缸i(i＝1，2，3，4)的自身跟踪误差eit为：
16、eit＝xt--xit
17、定义ea为多液压缸同步控制系统中所有液压缸的平均输出位移，定义εi为均值偏差耦合控制器作用时液压缸i的同步误差，则有：
18、
19、因此，输入控制器的误差信号表示为：
20、式中，xt为多液压缸同步控制系统输入位移信号；xit为液压缸i输出位移信号。
21、所述s3具体为：
22、取液压缸活塞位移xp为状态变量，则多液压缸同步控制系统的状态方程表示为：
23、
24、式中，φ0、φ1、φ2、φ3均为系统的广义不确定性参数，其值均大于零；d(t)为系统的外部扰动；u(t)为系统输出；
25、设定液压缸活塞位移为xq，则多液压缸同步控制系统中跟踪误差的偏差向量表示为：
26、
27、选择多液压缸同步控制系统的第一滑模面为：
28、s1(x)＝c1e1+c2e2+e3
29、式中，c1、c2为滑模系数，且满足多项式p2+c2p+c1为hurwitz，p为laplace算子；对本式求导并在等式两侧同乘以参数φ0得：
30、
31、式中，
32、定义第i个液压缸的同步误差ji表示为：
33、ji＝ei1-ea
34、ei1＝xq-xip
35、式中，ei1为液压缸i的跟踪误差；xip为第i个液压缸活塞杆的位移；
36、则多液压缸同步控制系统的同步误差的偏差向量表示为：
37、
38、选择多液压缸同步控制系统的第二滑模面为：
39、s2(x)＝c3ji1+c4ji2+ji3
40、式中，c3、c4为滑模系数，且c3>0，c4>0；
41、选择趋近律为：
42、
43、式中，v为滑模面，ε为等速趋近项增益的整定值，k为指数趋近律中指数趋近项的增益值，其值均为正值，sgn(s)为符号函数；
44、在多液压缸同步控制系统中，采用自适应律对广义不确定性参数φ0、φ1、φ2、φ3进行在线估计，选取为φi的估计值，即有式中，为参数φi的估计误差；
45、广义不确定性参数通过自适应律寻优，取自适应律为：
46、
47、式中，λi(i＝0，1，2，3)为与自适应相关的正常数，因此多液压缸控制系统中跟踪误差自适应滑模控制器的自适应控制率为：
48、
49、同理分析得到多液压缸控制系统中同步误差自适应滑模控制器的自适应控制率为：
50、
51、所述s4具体为：
52、将自适应滑模函数s及其一阶导数作为多液压缸控制系统中模糊控制器的输入量，输出为指数趋近律中指数趋近项的增益k和等本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法，其特征在于，应用于多液压缸同步控制系统；本方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法，其特征在于，所述S1具体为：电液伺服系统至少包括控制装置、液压缸、伺服放大器、电液伺服阀和位移传感器，当外负载力FL＝0时，电液伺服系统的传递函数表示为：
3.根据权利要求2所述的用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法，其特征在于，所述S2具体为：
4.根据权利要求3所述的用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法，其特征在于，所述S3具体为：
5.根据权利要求4所述的用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法，其特征在于，所述S4具体为：
6.根据权利要求5所述的用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法，其特征在于，所述S5具体为：
7.用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制系统，其特征在于，通过权利要求1所述的多液压缸同步控制方法进行控制，包括：
8.根据权利要求7所述的用于煤层气排采模拟试验的多液
9.根据权利要求8所述的用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制系统，其特征在于，所述均值偏差耦合解耦模块的工作流程具体为：
10.根据权利要求9所述的用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制系统，其特征在于，所述自适应滑模控制器模块的工作流程具体为：
...【技术特征摘要】
1.用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法，其特征在于，应用于多液压缸同步控制系统；本方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法，其特征在于，所述s1具体为：电液伺服系统至少包括控制装置、液压缸、伺服放大器、电液伺服阀和位移传感器，当外负载力fl＝0时，电液伺服系统的传递函数表示为：
3.根据权利要求2所述的用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法，其特征在于，所述s2具体为：
4.根据权利要求3所述的用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法，其特征在于，所述s3具体为：
5.根据权利要求4所述的用于煤层气排采模拟试验的多液压缸同步控制方法，其特征在于，所述s4具体为：
6.根据权利要求5所述的用于煤层气排采...
【专利技术属性】
技术研发人员：李自成，施绍辉，李祥瑞，王后能，熊涛，曾丽，廖小兵，刘江，陈龙，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：
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