【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流体传动与控制领域，尤其涉及一种基于滑模和内模融合的液压驱动单元双环位置阻抗控制方法。
技术介绍
1、液压驱动单元作为一种用于实现高精度位置控制的关键执行元件，广泛应用于航空航天、冶金、工程机械、农业机械及先进制造等领域。液压驱动单元通过调节液压系统中的伺服阀来控制液压缸的运动，从而实现对执行机构的位置、速度和力的精确控制。然而，由于液压系统的非线性、时变性和外部干扰等因素，传统的液压驱动单元内环控制精度和外环阻抗精度的控制方法难以满足高精度和高鲁棒性的要求。因此，研究液压驱动单元内外双环的高精度控制方法具有重要意义。
2、液压驱动单元位置控制系统属于高阶非线性参数时变系统，其内外环的控制精度受到液压系统固有的非线性、参数时变性和环境不确定性等因素影响。近年来，国内外学者针对液压驱动单元位置控制系统的高精度和高鲁棒性控制开展了大量的研究。智能控制算法如模糊控制可以提高系统的工况自适应性；现代控制方法如自抗扰控制器进行了性能分析与控制性能优化，既可以保证控制精度，又可以提高系统的鲁棒性和自适应性。然而，现有的智能控制算法和现代控制方法仅针对液压驱动单元的内环或外环精度进行了研究，并没有一种同时提高内环与外环控制精度的有效方法；并且这些方法在计算过程中较为复杂，工程实用性较低。
3、综上所述，在液压驱动单元位置控制系统的内外环高精度控制技术中，迫切需要一种高精度的控制方法。
技术实现思路
1、基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于滑模
2、为了解决上述存在的技术问题实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、具体地，本专利技术提供一种基于滑模和内模融合的液压驱动单元双环位置阻抗控制方法，所述液压驱动单元采用双环位置阻抗控制，包括内环滑模控制模型以及外环内模控制模型，控制方法的具体实施步骤如下：
4、s1、液压驱动单元位置控制系统内环采用滑模控制方法，根据系统滑模面和复合趋近律，得到等效控制律；
5、s2、根据阻抗控制原理，得到液压驱动单元的外环位置阻抗控制模型如下所示：
6、
7、其中，xr在阻抗控制中为阻抗期望位置，xd为期望初始位置，为力干扰产生的阻抗位置，fe为外力，md为期望阻抗质量，kd为期望阻抗刚度，bd为期望阻抗阻尼；
8、s3、基于步骤s2中的外环位置阻抗控制模型，融合内模控制原理，得到液压驱动单元外环内模控制模型的内模控制器q(s)以及虚拟内部模型具体步骤如下：
9、s31、将液压驱动单元的外环位置阻抗控制模型即公式(1)改写为：
10、
11、s32、将期望初始位置xd与(mds2+bds+kd)相乘后转化为力信号，再与外力fe作差，得到力偏差信号后乘以得到阻抗控制中最终的阻抗期望位置xr；
12、将内模控制方法融入到液压驱动单元的外环位置阻抗控制中，相当于内模控制方法中的内模控制器，因此外环内模控制模型的内模控制器q(s)写为：
13、
14、s33、根据内模控制原理，虚拟内部模型与内模控制器q(s)具有如下关系：
15、
16、得到外环内模控制模型的虚拟内部模型的计算公式为：
17、
18、s4、基于步骤s1得到的内环滑模控制的等效控制律与步骤s3得到的外环内模控制模型形成双环位置阻抗控制方法，应用于液压驱动单元控制并进行验证。
19、优选地，步骤s1中内环滑模控制的滑模面s为：
20、s＝c1e1+c2e2+e3 (6)
21、式中，c1、c2为滑模面参数，e1、e2、e3分别为用偏差表示的状态变量，具体为：e1＝xr-xp，xr在内环控制中为期望位置输入，xp为实际位置输入，和分别为xr对时间的一阶和二阶导数，和分别为xp对时间的一阶和二阶导数；
22、滑模控制采用如下复合趋近律：
23、
24、式中，k1、k2、k3为趋近律参数。
25、优选地，步骤s1中滑模控制的等效控制律ux的计算公式为：
26、
27、其中，a0＝0，a1＝ωh2，a2＝2ωhζh，kq为流量增益，ki为比例增益，a1为无杆腔面积，ksv为伺服阀增益，ωh为液压固有频率ζh为液压阻尼比，n为有杆腔与无杆腔面积比，βe为有效体积模量，v0为两腔初始容积，m为等效负载质量，kce为总的压力-流量系数，bp为负载阻尼系数。
28、优选地，滑模面参数c1、c2的计算公式为：
29、
30、其中，ζn为等效系统在滑模面上的等效阻尼比，ωn为等效系统在滑模面上的等效固有频率。
31、优选地，步骤s3还包括采用延时动力学补偿方法对外力fe进行补偿。
32、优选地，步骤s4中在对顶液压驱动单元控制实验平台上验证有效性。
33、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
34、(1)本专利技术提出的控制方法与以往方法相比，将滑模控制与液压驱动单元内环控制相结合，提高了液压驱动单元位置控制系统的内环精度，使液压驱动单元具有更高精度的内环控制。
35、(2)本专利技术将内模控制与液压驱动单元位置控制系统的外环阻抗控制相结合，有效提高了液压驱动单元的外环阻抗控制精度，得到了高精度液压驱动单元位置外环内模控制模型。
36、(3)本专利技术将滑模控制和内模控制方法与液压驱动单元位置控制系统相结合，同时提高了液压驱动单元的内环和外环控制精度，为系统提供了更好的控制性能。
37、(4)本专利技术形成的基于滑模控制和内模控制的双环复合控制方法，可提高液压驱动单元位置控制系统的内外环控制性能，优化液压驱动单元的控制效果，过液压驱动单元内环控制采用滑模控制，外环控制采用内模控制的方式提出一种滑模和内模融合的液压驱动单元双环位置阻抗控制方法，能够大幅度提高液压驱动单元位置控制的鲁棒性和精度。
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1.一种基于滑模和内模融合的液压驱动单元双环位置阻抗控制方法，其特征在于：所述液压驱动单元采用双环位置阻抗控制，包括内环滑模控制模型以及外环内模控制模型，控制方法的具体实施步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于滑模和内模融合的液压驱动单元双环位置阻抗控制方法，其特征在于：步骤S1中内环滑模控制的滑模面s为：
3.根据权利要求2所述的基于滑模和内模融合的液压驱动单元双环位置阻抗控制方法，其特征在于：步骤S1中滑模控制的等效控制律ux的计算公式为：
4.根据权利要求3所述的基于滑模和内模融合的液压驱动单元双环位置阻抗控制方法，其特征在于：滑模面参数c1、c2的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的基于滑模和内模融合的液压驱动单元双环位置阻抗控制方法，其特征在于：步骤S3还包括采用延时动力学补偿方法对外力Fe进行补偿。
6.根据权利要求1所述的基于滑模和内模融合的液压驱动单元双环位置阻抗控制方法，其特征在于：步骤S4中在对顶液压驱动单元控制实验平台上验证有效性。
【技术特征摘要】
1.一种基于滑模和内模融合的液压驱动单元双环位置阻抗控制方法，其特征在于：所述液压驱动单元采用双环位置阻抗控制，包括内环滑模控制模型以及外环内模控制模型，控制方法的具体实施步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于滑模和内模融合的液压驱动单元双环位置阻抗控制方法，其特征在于：步骤s1中内环滑模控制的滑模面s为：
3.根据权利要求2所述的基于滑模和内模融合的液压驱动单元双环位置阻抗控制方法，其特征在于：步骤s1中滑模控制的等效控制律ux的计算...
【专利技术属性】
技术研发人员：巴凯先，王源，李欣荣，何小龙，佘进波，刘宁，付承伟，俞滨，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：
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