[發明專利]一種液壓位置伺服系統輸出反饋自適應控制方法

有效

• 申請號: 201610164099.8
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105697463B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 任海鵬;龔佩芬
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: F15B21/02
• 分類號: F15B21/02;G06F17/50
• 代理公司: 西安弘理專利事務所61214
• 代理人: 王奇

技術領域

本發明屬于液壓系統高精度位置跟蹤控制技術領域，涉及一種液壓位置伺服系統輸出反饋自適應控制方法。

背景技術

液壓系統(即液壓位置伺服系統)是以液體作為工作介質，其具有功率體積比大、承載能力強、響應速度快、控制精度高、慣性小、調速方便以及安全性高等優點，液壓技術已經被廣泛的應用于各個領域。

但是由于液體的內泄漏、液體通過閥口的復雜流動特性、液壓缸與滑塊之間的摩擦力相對較大，這些因素使得液壓位置伺服系統的高精度跟蹤控制十分困難。

發明內容

本發明的目的在于提供一種液壓位置伺服系統輸出反饋自適應控制方法，解決了現有技術對液壓位置伺服系統的跟蹤控制精度不夠高的問題。

本發明采用的技術方案是，一種液壓位置伺服系統輸出反饋自適應控制方法，該方法按照以下步驟具體實施：

步驟1、建立液壓位置伺服系統的模型

該液壓位置伺服系統的數學模型如下式(1)：

其中，P_a和P_b分別為液壓缸無桿腔A和有桿腔B的壓力，和分別為P_a和P_b的一階導數，P_s和P_r分別為供油壓力和回油壓力，Q_a和Q_b分別為流入無桿腔A和流出有桿腔B的流量，A_a和A_b為活塞在無桿腔A和有桿腔B的有效作用面積，V_a和V_b為液壓缸無桿腔A和有桿腔B的容積，C_d為流量系數，C_t為內泄漏系數，w為比例閥面積梯度，x_v為比例閥閥芯位移，k_v為比例閥比例系數，u為控制信號，ρ為油液密度，β_e為體積彈性模量，M為負載質量，B_p為粘性阻尼系數，k為負載彈性系數，y為液壓缸活塞的位移，y通過位移檢測儀檢測得到，和分別為y的一階導數和二階導數，F_L為外負載力，

引入負載流量Q_L和負載壓力P_L的定義：

忽略外負載力F_L以及庫倫摩擦等非線性負載，對非線性函數進行線性化處理，得到該液壓位置伺服系統的機理模型為：

其中，K_xa和K_pa分別為線性化后的流量增益和流量壓力系數，A_m表示液壓缸的平均有效面積，

定義該液壓位置伺服系統的狀態變量為：其中的上標T是指向量的轉置，

則該液壓位置伺服系統的狀態方程為：

近似得到在平衡工作點附近的液壓位置伺服系統的三階線性模型如下：

其中分別對應為x₁、x₂、x₃的一階導數，a₀、a₁、a₂、b為未知模型參數，為y的三階導數，控制目標是使活塞位移y跟蹤所要求的期望輸出y_m；

步驟2、建立液壓位置伺服系統的輸出反饋自適應控制器模型

給式(5)構建一個輸出反饋自適應控制器，其模型如下式(6)：

u′＝θ^Tω， (6)

其中，u'為限幅之前的控制信號；θ^T和ω均為4維向量，θ^T是θ的轉置向量，θ＝[k θ₁θ₂ θ₀]^T，ω＝[y_m ω₁ ω₂ y]^T，ω₁和ω₂分別通過對輸入信號y_m和輸出信號y濾波得到，即如公式(7)所示：

其中，和分別為ω₁和ω₂的一階導數，Λ、h為設計參數，

變量的導數通過歐拉公式求取，具體形式如下式(8)：

其中，是x(t)的一階導數，表示在k個采樣時刻的值，ΔT為采樣時間，

對控制信號u進行限幅，具體形式如下式(9)：