多自由度液壓伺服系統(tǒng)的控制策略研究.pdf

1、在多自由度液壓伺服系統(tǒng)中，多個通道伺服缸系統(tǒng)同時動作時，它們之間存在強(qiáng)烈的耦合作用，這些耦合問題直接關(guān)系到多自由度液壓伺服系統(tǒng)的控制效果。深入研究適合多自由度液壓伺服系統(tǒng)的控制方法，具有非常重要的理論和實際意義。 本課題中的研究對象是實驗室模仿空中飛行器的“鐵鳥”，其中的舵機(jī)系統(tǒng)是一個非常典型而且復(fù)雜的多自由度液壓伺服系統(tǒng)，它掌管著飛機(jī)的飛行方向，同時飛行器舵機(jī)也承受著來自強(qiáng)非線性氣流、負(fù)載等干擾的影響，解決好此系統(tǒng)的控制問題，

2、對于提高飛行器安全指數(shù)和改善飛行質(zhì)量具有重要價值。 本文主要研究成果包括以下內(nèi)容： 第一，本文概括介紹了單/多自由度液壓伺服系統(tǒng)控制策略的發(fā)展歷史，對多變量系統(tǒng)解耦控制設(shè)計理論的研究進(jìn)展，尤其是對多自由度液壓伺服系統(tǒng)解耦控制策略做了較詳細(xì)的綜述。 第二，本文研究了液壓伺服系統(tǒng)的模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)。盡管滑模變結(jié)構(gòu)控制對周圍攝動和外界擾動具有較強(qiáng)的魯棒性，但存在抖振。解決抖振問題是液壓伺服控制所關(guān)心的問題?；谀?/p>

3、糊邏輯理論和準(zhǔn)滑模變結(jié)構(gòu)控制邊界層調(diào)節(jié)技術(shù)，本文提出了一種基于邊界層模糊調(diào)節(jié)的準(zhǔn)滑模變結(jié)構(gòu)控制方法。它能根據(jù)液壓系統(tǒng)滑模開關(guān)平面狀態(tài)的變化，動態(tài)模糊調(diào)整滑模邊界層的寬度，既能充分發(fā)揮滑模變結(jié)構(gòu)控制高頻切換魯棒性強(qiáng)的作用，又能降低系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，保證響應(yīng)速度，把滑模變結(jié)構(gòu)控制的抖振控制在液壓伺服系統(tǒng)有效工作的允許范圍之內(nèi)。 第三，為了平衡減弱滑模變結(jié)構(gòu)控制抖振和保持穩(wěn)態(tài)控制精度的設(shè)計沖突，本文提出了一種基于協(xié)調(diào)優(yōu)化算法的滑模變結(jié)構(gòu)控

4、制方法。它以穩(wěn)態(tài)誤差和控制切換頻率作為系統(tǒng)優(yōu)化性能指標(biāo)，基于穩(wěn)態(tài)誤差的邊界層寬度調(diào)節(jié)規(guī)則，采用協(xié)調(diào)優(yōu)化遺傳算法優(yōu)化邊界層寬度調(diào)節(jié)率，并把它加入到滑模變結(jié)構(gòu)控制的非線性項中，以實現(xiàn)對液壓伺服系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)優(yōu)化控制。所提出的控制方法，較成功地解決了滑模變結(jié)構(gòu)控制的設(shè)計沖突問題，即在滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)軟化控制信號與保持穩(wěn)態(tài)控制精度之間實現(xiàn)了綜合協(xié)調(diào)，可以在不削弱魯棒性的條件下，最大限度地柔化高頻切換控制作用，保證較高的控制精度。值得注意的是

5、，在滑模中結(jié)合采用多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)，邊界層寬度調(diào)節(jié)得到優(yōu)化，從而更有效地協(xié)調(diào)滑模變結(jié)構(gòu)控制的設(shè)計沖突。而且，所提出的方法更有利于使滑模變結(jié)構(gòu)控制作用適應(yīng)液壓伺服系統(tǒng)的實際控制約束。 第四，本文研究了基于dSPACE的液壓伺服系統(tǒng)半實物控制仿真技術(shù)和協(xié)同控仿真技術(shù)，并提出了一種基于HOPSAN和MATLAB/SIMUIANK的協(xié)同控制仿真技術(shù)，仿真結(jié)果證實了其有效性。它可以將液壓、機(jī)械電子、控制理論與控制工程等不同研究學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行交

6、叉和融合，構(gòu)成一個更綜合、更切合實際的混合異構(gòu)層次化控制仿真系統(tǒng)，并根據(jù)一定的規(guī)則協(xié)同分布式運行，產(chǎn)生控制結(jié)果，形成多領(lǐng)域協(xié)同控制仿真技術(shù)，為協(xié)同研發(fā)液壓伺服控制系統(tǒng)搭建一個支撐平臺，有利于降低研發(fā)成本，優(yōu)化系統(tǒng)性能，保護(hù)環(huán)境。 第五，本文簡要介紹了多自由度液壓伺服系統(tǒng)的解耦控制方法?；诙嘧杂啥纫簤核欧到y(tǒng)中各通道之間的耦合關(guān)系，提出了解決多自由度液壓伺服系統(tǒng)中通道間耦合干擾的基本設(shè)想。 第六，本文建立了實驗室飛行器“

7、鐵鳥”多自由度液壓伺服系統(tǒng)的機(jī)理模型、HOPSAN模型以及MATLAB/SIMULINK模型，為深入開展對多自由度液壓伺服系統(tǒng)的控制研究打下了基礎(chǔ)。 第七，本文研究了實驗室飛行器“鐵鳥”多自由度液壓伺服系統(tǒng)方向舵的綜合控制。首先，為了穩(wěn)定此飛行器多自由度液壓伺服系統(tǒng)，在忽略交聯(lián)耦合的情況下，分別為單輸入單輸出(SISO)兩個液壓缸子系統(tǒng)設(shè)計滑模變結(jié)構(gòu)主控制器；其次，基于Baumgarte解耦控制設(shè)計方法和近似系統(tǒng)模型，根據(jù)所期望