液壓位置伺服系統(tǒng)的模型辨識(shí)和滑模變結(jié)構(gòu)控制.pdf

1、液壓伺服系統(tǒng)由于具有響應(yīng)速度較快、控制精度較高、功率體積比較大、承載能力強(qiáng)以及抗負(fù)載剛性大的多種優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于機(jī)器人、汽車、航空航天和國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域。液壓系統(tǒng)通常被當(dāng)做執(zhí)行機(jī)構(gòu)，例如數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制、軋機(jī)的壓下控制系統(tǒng)以及車輛的主動(dòng)懸掛系統(tǒng)等等。但是由于油液溫度的變化，比例閥的非線性，液壓缸的摩擦力等因素，使液壓伺服系統(tǒng)高性能跟蹤控制比較困難，從而限制了液壓系統(tǒng)在高性能伺服領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　由于液壓位置伺服系統(tǒng)存在著時(shí)變參數(shù)

2、和外界干擾引起的不確定性，系統(tǒng)參數(shù)難以確定，而且隨著工況、壓力、流量等參數(shù)的變化而發(fā)生變化。這些時(shí)變不確定參數(shù)需要所設(shè)計(jì)的控制器具有較強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)能力。因此，在控制器設(shè)計(jì)過(guò)程中降低對(duì)模型參數(shù)的依賴，并提高對(duì)時(shí)變因素的適應(yīng)能力，是高性能控制研究的關(guān)鍵任務(wù)。
　　針對(duì)Festo液壓位置伺服系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和模型辨識(shí)。辨識(shí)得到的模型參數(shù)作為后續(xù)控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)標(biāo)稱值。針對(duì)Festo液壓位置伺服系統(tǒng)，分別采用三種工程整定PID參數(shù)的方

3、法，先對(duì)系統(tǒng)的模擬PID參數(shù)初步整定，然后針對(duì)不同的控制度（即采樣時(shí)間）進(jìn)行數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定得到針對(duì)液壓位置伺服系統(tǒng)的擴(kuò)充工程整定表格。并利用工程整定表格得到的PID參數(shù)穩(wěn)定跟蹤三種期望曲線。
　　針對(duì)傳統(tǒng)滑?？刂频目刂坡珊突Ｃ娣謩e做了改進(jìn)。其中，控制律引入了基于邊界層的魯棒項(xiàng)用于削弱抖振?；？刂泼娣譃榫€性滑模面和非線性滑模面，對(duì)于線性滑模面，設(shè)計(jì)了基于趨近律的滑?？刂破鳌?duì)于非線性滑模面，針對(duì)液壓位置伺服控制系統(tǒng)這

4、樣的高階單輸入單輸出的系統(tǒng)，提出兩種快速終端滑?？刂破?，并分別利用Lyapunov函數(shù)及相關(guān)引理證明了所設(shè)計(jì)控制器的穩(wěn)定性和跟蹤誤差的漸近收斂性，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這兩種變結(jié)構(gòu)控制方法的有效性。
　　針對(duì)液壓位置伺服系統(tǒng)的非線性和內(nèi)部參數(shù)的不確定性，將自適應(yīng)反步的思想和滑模面結(jié)合起來(lái)，從而提高了系統(tǒng)的魯棒性。通過(guò)選取Lyapunov函數(shù)和中間虛擬量，設(shè)計(jì)得到自適應(yīng)反步滑?？刂破?，并得到參數(shù)的自適應(yīng)律。最后對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和跟蹤誤差的收斂性進(jìn)

5、行了證明。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可知，其跟蹤效果與PID控制器和滑?？刂破飨啾容^，該方法跟蹤誤差小，響應(yīng)速度快，跟蹤性能好。
　　在只有液壓缸輸出位移可測(cè)的情況下，利用比例閥控制非對(duì)稱液壓缸的線性化模型，提出一種基于極點(diǎn)配置的輸出反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制。通過(guò)構(gòu)造觀測(cè)器和引入增廣誤差得到控制規(guī)律和自適應(yīng)規(guī)律保證跟蹤誤差的全局收斂性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法僅和用系統(tǒng)輸出信息，在存在測(cè)量噪聲和未知模型參數(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的跟蹤控制。輸出反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制方法

6、具有更高的跟蹤精度和更快的響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)三種期望信號(hào)的準(zhǔn)確跟蹤。
　　最后，將本文提出的六種控制方法進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并對(duì)跟蹤效果進(jìn)行了定量比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，輸出反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制方法在控制初期參數(shù)由于調(diào)整的過(guò)渡過(guò)程會(huì)使輸出出現(xiàn)振蕩，但進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過(guò)程后其控制精度最高。反步自適應(yīng)滑模控制方法的控制精度僅次于輸出反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制方法。由于液壓系統(tǒng)的頻帶較高，因此滑?？刂频母呔热醵墩癫豢杉娴茫瑸榱艘种贫墩衿涓櫿`差也會(huì)增大。PID控制方法