[發(fā)明專利]基于輸出反饋的非對稱液壓系統(tǒng)的對稱化控制方法

有效

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• 申請日: 2018-09-17
• 公開（公告）號: CN109139616B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚建平;文躍兵
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: F15B21/00
• 分類號: F15B21/00
• 代理公司: 長沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 43001
• 代理人: 柳鶯

本發(fā)明公開了一種基于輸出反饋的非對稱液壓系統(tǒng)的對稱化控制方法，包括如下步驟：a、通過液壓系統(tǒng)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(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型；b、從上述狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型出發(fā)，通過對非對稱液壓系統(tǒng)進行基于輸出反饋的動態(tài)補償控制，將非對稱液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間對稱系統(tǒng)；c、對轉(zhuǎn)換后的狀態(tài)空間對稱系統(tǒng)進行統(tǒng)一的PID控制。本發(fā)明解決了長期以來非對稱系統(tǒng)的非對稱控制器調(diào)試量大，控制范圍窄的問題；簡化了控制策略，讓現(xiàn)場調(diào)節(jié)更為簡單，使得操作者對系統(tǒng)調(diào)試的掌握更容易，通用性更好；使得系統(tǒng)的可靠性和響應(yīng)特性都能得到較大提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液壓系統(tǒng)的控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于輸出反饋的非對稱液壓系統(tǒng)的對稱化控制方法。

背景技術(shù)

雖然對稱系統(tǒng)的研究已有很多研究成果，但是實際系統(tǒng)多為非對稱系統(tǒng)，且這些實際系統(tǒng)在空載、負載、運行和換向等運行過程中，系統(tǒng)的動力學(xué)特性存在顯著差異，由于非對稱系統(tǒng)在正反方向上動靜態(tài)特性不對稱，換向時壓力產(chǎn)生躍變等一系列問題。

液壓系統(tǒng)控制精度高，價格相對電氣系統(tǒng)較低，且對介質(zhì)污染不敏感，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中。然而，系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)和外負載的不對稱特性導(dǎo)致液壓系統(tǒng)在正反方向特性不一致。

正反方向的不對稱特性增加了控制器的設(shè)計難度。若系統(tǒng)按照速度較快的方向設(shè)計控制器，則較慢的方向就會過于遲緩；若按照速度較慢的方向上設(shè)計控制器，則在較快的方向會出現(xiàn)超調(diào)。對電液系統(tǒng)正反向速度特性的一致性研究一般從結(jié)構(gòu)和控制理論兩個方面進行。在結(jié)構(gòu)上提出了利用雙閥芯、非對稱閥等控制液壓缸，但由于閥的加工復(fù)雜，且當(dāng)高頻轉(zhuǎn)向運動及負載變化頻率較高時，對于消除壓力躍變和運動的不對稱性效果較差，在工業(yè)上應(yīng)用不廣泛，還有待深入研究。在控制理論方面，傳統(tǒng)的解決方案是基于統(tǒng)一模型，通過檢測系統(tǒng)狀態(tài)參量，采用自適應(yīng)的補償技術(shù)提出很多補償方法?；谙到y(tǒng)存在不對稱特性，一種有效的方法就是在充分了解系統(tǒng)不對稱特性基礎(chǔ)上，在正、反方向上采用不同的控制器以實現(xiàn)正反速度特性的一致。

雖然這些方法在理論上能有效地解決不對稱問題，但它們的共同特點是理論較復(fù)雜，參數(shù)調(diào)節(jié)較多，設(shè)計和維護難度大，對工程技術(shù)人員要求高，并且由于控制程序比較復(fù)雜，實時性差，很難在工業(yè)現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種控制器調(diào)試量小、控制范圍廣，控制策略簡單易操作，通用性更強的基于輸出反饋的非對稱液壓系統(tǒng)的對稱化控制方法。

本發(fā)明提供的這種基于輸出反饋的非對稱液壓系統(tǒng)的對稱化控制方法，包括如下步驟：

a、通過液壓系統(tǒng)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(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型；

b、從上述狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型出發(fā)，通過對非對稱液壓系統(tǒng)進行基于輸出反饋的動態(tài)補償控制，將非對稱液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間對稱系統(tǒng)；

c、對轉(zhuǎn)換后的狀態(tài)空間對稱系統(tǒng)進行統(tǒng)一的PID控制。

在所述步驟a中，通過建立液壓系統(tǒng)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(chǔ)上得到以液壓缸活塞桿速度和負載壓力為狀態(tài)參數(shù)、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(tài)空間數(shù)學(xué)模型。

在所述步驟b中，基于輸出反饋的動態(tài)補償控制包括如下步驟：

b1、通過構(gòu)造一個增益矩陣和一個補償矩陣將步驟a中所述的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為一個新的狀態(tài)空間模型；

b2、假設(shè)液壓系統(tǒng)為對稱系統(tǒng)，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(tǒng)進行動態(tài)補償，使得非對稱液壓系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型為對稱的，從而得到狀態(tài)空間對稱系統(tǒng)。