【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于流体传动与控制，特别涉及一种基于灵敏度的液压伺服位控系统变输入补偿控制方法。
技术介绍
1、液压伺服位控系统具有负载能力强、响应速度快等优点，广泛应用在航空航天、液压足式机器人、工业生产等移动装备中。随着移动装备对复杂多变环境自适应性需求的不断提高，需要液压伺服位控系统来实现各种轨迹跟踪任务的高精度控制。然而，由于液压系统存在强非线性、参数时变性和负载多变性等因素的影响，实现液压伺服位控系统的高精度轨迹跟踪控制较为困难。此外，液压伺服位控系统高精度轨迹跟踪控制还面临着在时变非连续工况下最优参数不确定性问题，导致其难以在时变非连续工况下均具备高精度轨迹跟踪控制。
2、鉴于这一事实，近年来如何实现液压伺服位控系统的高精度轨迹跟踪控制成为了各国学者的研究热点。研究人员提出了基于离线补偿的控制方法实现液压伺服位控系统的高精度轨迹跟踪控制。离线补偿控制方法在轨迹跟踪精度上具有很大的优势，然而，在实际系统中，由于离线补偿控制方法无法实时调整最优参数，致使对轨迹的变化很敏感。为了弥补离线补偿控制方法的以上不足，在线补偿控制方法得到了研究人员的广泛关注。虽然在线补偿控制方法在自适应性方面具有很大的优势，但多为基于模型的控制方法，面临着系统非线性模型参数与状态之间的隐式约束，致使目前在液压伺服位控领域针对时变非连续工况下最优参数不确定性及轨迹跟踪精度问题，现有的控制方法依然具有一定的局限性。为了克服上述限制，研究人员提出了反馈线性化方法，通过消除非线性项以获得线性关系。此外，由于灵敏度分析能够准确揭示非线性模型参数与状态
3、目前灵敏度分析已被广泛应于液压伺服、电磁及电池等领域，大多用于分析系统参数对控制性能的影响及优化结构参数设计等。与灵敏度分析相比，基于灵敏度的控制方法在各大研究领域中很少受到关注。此外，通过调研发现，目前针对灵敏度与液压伺服控制之间的联系尚未得到研究人员的具体研究。
4、综上所述，在液压伺服位控系统中，迫切需要一种针对非线性模型的高精度变输入补偿控制方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于灵敏度的液压伺服位控系统变输入补偿控制方法，基于灵敏度的控制方法能够准确揭示非线性模型参数变化量与输出变化量之间的关系；基于灵敏度的变输入补偿控制方法，通过预测跟踪误差对系统参数进行实时补偿，在时变非连续工况下具有较好的工况自适应能力。
2、为实现上述目的，本专利技术公开了如下技术方案：
3、一种基于灵敏度的液压伺服位控系统变输入补偿控制方法，其包括：
4、s1：根据典型液压伺服位控系统进行建模，通过基于模型的变输入控制方法更新液压伺服位控系统状态空间方程的参考轨迹；
5、s11：使用典型液压伺服位控系统进行数学建模，获得液压伺服位控系统状态空间方程；
6、s12：基于液压伺服位控系统状态空间方程，扩展两个扰动项，建立扩展后五阶液压伺服位控系统的状态观测方程；
7、s13：基于状态观测方程的观测值，使用后向差分法，建立三阶液压伺服位控系统离散化状态空间方程，从而准确预测实时运动过程中的轨迹跟踪误差；
8、s14：基于模型的变输入控制方法，确定液压伺服位控系统状态空间方程的参考轨迹，更新后的液压伺服位控系统状态空间方程参考轨迹为：
9、
10、其中，为状态空间方程更新后的参考轨迹；xr为状态空间方程初始参考轨迹；τ＝[τx τv τa]t为基于模型的变输入控制方法参数向量；τx为位置项参数；τv为速度项参数；τa为加速度项参数；为基于模型的变输入控制方法补偿项系数向量；为状态空间方程初始参考轨迹一阶导；为状态空间方程初始参考轨迹二阶导；
11、s2：基于灵敏度获得参考轨迹更新后的液压伺服位控系统状态空间方程参数变化量与输出变化量之间的映射关系；
12、s21：将灵敏度拓展应用到液压伺服控制领域，解决液压伺服位控系统非线性模型参数与输出之间的隐式约束，实现对基于模型的变输入控制方法的参数τ进行实时补偿；加入基于模型的变输入控制方法后的液压伺服位控系统离散化状态空间方程为：
13、hk(x(k+1),x(k),u(k),p(k)，τ)＝03×1 (2)
14、其中，hk为离散化状态空间方程；x(k+1)为采样时间(k+1)ts时刻状态变量；x(k)为采样时间kts时刻状态变量；u(k)为采样时间kts时刻伺服阀控制电压；p(k)为采样时间kts时刻系统参数向量；k为采样时间编号；ts为采样周期；
15、对上式进行一阶泰勒展开，确定基于模型的变输入控制方法参数τ变化量与输出变化量之间的映射关系为：
16、
17、其中，δxp为输出变化量；δτ为基于模型的变输入控制方法参数变化量；为基于模型的变输入控制方法参数τ的灵敏度因子；为位置项灵敏度因子；为速度项灵敏度因子；为加速度项灵敏度因子；
18、s22：设定轨迹跟踪误差为e(k+n)，确定参数τ的补偿项δτ(k+np)为：
19、δτ(k+np)＝αe(k+n) (4)
20、其中，δτ(k+np)为参数τ在采样时间(k+np)ts时刻的补偿项，形成基于灵敏度的变输入补偿控制方法；e(k+n)为采样时间(k+n)ts时刻轨迹跟踪误差；α＝[ax av aa]t为基于灵敏度的变输入补偿控制方法补偿增益系数；ax为位置项补偿增益系数；av为速度项补偿增益系数；aa为加速度项补偿增益系数；n为系统预测时域；np为系统控制时域；
21、s3：实现变输入控制方法参数的实时补偿，并通过分析补偿前后轨迹跟踪误差之间的关系，验证稳定性，完成液压伺服位控系统变输入补偿控制；
22、s31：对步骤s22得到的式(4)两端同时进行转置，并在两端同乘基于模型的变输入控制方法补偿项系数向量具体为：
23、
24、其中，为采样时间(k+np)ts时刻基于模型的变输入控制方法补偿项系数向量；
25、进一步整理，获得参数τ的补偿项δτ(k+np)对参考轨迹的补偿项为：
26、
27、其中，为参数τ的补偿项δτ(k+np)对参考轨迹的补偿项；
28、采用基于灵敏度的变输入补偿控制方法实现对基于模型的变输入控制方法参数τ进行实时补偿，得到最终补偿到状态空间方程参考轨迹的补偿项为：
29、
30、其中，δxr(k+np)为采样时间(k+np)ts时刻状态空间方程参考轨迹的补偿项；
31、s32：获取步骤s31得到的参考轨迹补偿项，用于液压伺服位控系统闭环控制，验证系统稳定性，确定补偿增益系数的取值范围，完成液压伺服位控系统变输入补偿控制。
32、可优选的是，步骤s11中使用典型液本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于灵敏度的液压伺服位控系统变输入补偿控制方法，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的基于灵敏度的液压伺服位控系统变输入补偿控制方法，其特征在于：步骤S11中使用典型液压伺服位控系统进行数学建模，获得液压伺服位控系统状态空间方程，具体为：
3.根据权利要求1所述的基于灵敏度的液压伺服位控系统变输入补偿控制方法，其特征在于：步骤S12中建立扩展后五阶液压伺服位控系统的状态观测方程，具体为：
4.根据权利要求1所述的基于灵敏度的液压伺服位控系统变输入补偿控制方法，其特征在于：步骤S13中使用后向差分法，建立三阶液压伺服位控系统离散化状态空间方程，从而准确预测实时运动过程中的轨迹跟踪误差，具体为：
5.根据权利要求1所述的基于灵敏度的液压伺服位控系统变输入补偿控制方法，其特征在于：步骤S14基于模型的变输入控制方法，确定液压伺服位控系统状态空间方程的参考轨迹，具体为：
6.根据权利要求1所述的基于灵敏度的液压伺服位控系统变输入补偿控制方法，其特征在于：步骤S22中设定轨迹跟踪误差e(k+N)，具体为：
<...【技术特征摘要】
1.一种基于灵敏度的液压伺服位控系统变输入补偿控制方法，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的基于灵敏度的液压伺服位控系统变输入补偿控制方法，其特征在于：步骤s11中使用典型液压伺服位控系统进行数学建模，获得液压伺服位控系统状态空间方程，具体为：
3.根据权利要求1所述的基于灵敏度的液压伺服位控系统变输入补偿控制方法，其特征在于：步骤s12中建立扩展后五阶液压伺服位控系统的状态观测方程，具体为：
4.根据权利要求1所述的基于灵敏度的液压伺服位控系统变输入补偿控制方法，其特征在于：步骤s13中使用后向差分法，建立三阶液压伺服位控系统离散化状态空...
【专利技术属性】
技术研发人员：佘进波，巴凯先，何小龙，李欣荣，王源，刘宁，马国梁，俞滨，袁立鹏，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：
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