[發明專利]基于輸出反饋的非對稱液壓系統的對稱化控制方法

有效

• 申請號: 201811081775.0
• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109139616B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 譚建平;文躍兵
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: F15B21/00
• 分類號: F15B21/00
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 柳鶯

1.一種基于輸出反饋的非對稱液壓系統的對稱化控制方法，其特征在于包括如下步驟：

a、通過液壓系統的負載流量線性化方程、液壓缸工作腔的流量方程和閥控缸活塞的力平衡方程建立非對稱液壓系統的狀態空間數學模型；

b、從上述狀態空間數學模型出發，通過對非對稱液壓系統進行基于輸出反饋的動態補償控制，將非對稱液壓系統轉化為狀態空間對稱系統；

c、對轉換后的狀態空間對稱系統進行統一的PID控制。

2.根據權利要求1所述的基于輸出反饋的非對稱液壓系統的對稱化控制方法，其特征在于：在所述步驟a中，通過建立液壓系統的負載流量線性化方程、液壓缸工作腔的流量方程和閥控缸活塞的力平衡方程得到二階模型，在該二階模型的基礎上得到以液壓缸活塞桿速度和負載壓力為狀態參數、以伺服閥閥芯位移和給定負載力為輸入條件、以液壓缸活塞桿速度和負載壓力為輸出的狀態空間數學模型。

3.根據權利要求1所述的基于輸出反饋的非對稱液壓系統的對稱化控制方法，其特征在于：在所述步驟b中，基于輸出反饋的動態補償控制包括如下步驟：

b1、通過構造一個增益矩陣和一個補償矩陣將步驟a中所述的狀態空間數學模型轉化為一個新的狀態空間模型；

b2、假設液壓系統為對稱系統，求取增益矩陣和補償矩陣；

b3、將上述增益矩陣和補償矩陣反饋至液壓系統進行動態補償，使得新建系統的狀態空間數學模型為對稱的，從而得到狀態空間對稱系統。

4.根據權利要求2所述的基于輸出反饋的非對稱液壓系統的對稱化控制方法，其特征在于：設非對稱液壓系統為閥控缸，液壓泵供油經伺服閥控制液壓缸的運動，液壓缸驅動慣性為F_l的負載，負載的質量為m，x_v為閥芯位移，油源是一恒壓源P_S，閥控缸左腔的壓力為P₁，閥控缸右腔的壓力為P₂，閥控缸無桿腔的面積為A₁，閥控缸有桿腔的面積為A₂，

(1)負載流量的線性化方程為：

Q_l＝K_qx_v-K_cP_l (1)

式中，Q_l為負載流量，K_q為滑閥的流量增益，x_v為閥芯位移，K_c為滑閥的流量-壓力放大系數，P_l為負載壓力；

(2)液壓缸工作腔的流量方程為：

式中，A_p為液壓缸工作面積，x_p為液壓缸活塞位移，C_ip為液壓缸總泄露系數，V_t為液壓缸總壓縮容積，β_e為有效體積彈性模量；

(3)閥控缸活塞的力平衡方程為：

式中，m為活塞及負載折算到活塞上的質量，β_p為活塞及負載的黏性阻尼系數，K為負載彈簧剛度，F_L為外負載力；

通過上述三個方程得到一個二階模型，在該二階模型的基礎上設x₂＝P_l,u₁＝x_v,u₂＝F_L,令y₁＝x₁,y₂＝x₂，則由式(1)、(2)和(3)可得到以液壓缸活塞桿速度和負載壓力為狀態參數、以伺服閥閥芯位移和給定負載力為輸入條件、以液壓缸活塞桿速度和負載壓力為輸出的狀態空間數學模型：

由式(4)可知，狀態矩陣A為控制矩陣B為輸出矩陣C為

則式4可以寫成：

5.根據權利要求4所述的基于輸出反饋的非對稱液壓系統的對稱化控制方法，其特征在于：在所述步驟b中，通過對非對稱液壓系統進行基于輸出反饋的動態補償控制，將非對稱液壓系統轉化為狀態空間對稱系統，其具體步驟如下：

b1、從所述式(5)出發，通過構造一個增益矩陣k和補償矩陣L，假設輸出反饋為v,

v＝ky+Lu (6)

在式(6)作用下將狀態空間數學模型轉化為一個新的狀態空間模型：

b2、假設液壓系統為對稱系統，則有：

解矩陣方程組(8)，求得增益矩陣k和補償矩陣L為：

其中Z為相應維數的任意對稱矩陣，且Z滿足

b3、將式(9)中的增益矩陣k和補償矩陣L反饋至液壓系統進行動態補償，使得新建系統的狀態空間數學模型為對稱的，從而得到狀態空間對稱系統。