[發(fā)明專利]一種電液伺服閥控液壓移架系統(tǒng)及其位移控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910240820.0
• 申請(qǐng)日: 2019-03-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109869177B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭一楠;張振;鞏敦衛(wèi);聶志;夏煌煌;張揚(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D23/26
• 分類號(hào): E21D23/26;G06F30/20
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 唐紹焜

1.一種電液伺服閥控液壓移架系統(tǒng)的位移控制方法，其特征在于：電液伺服閥控液壓移架系統(tǒng)包括支撐立柱、液壓移架油缸(1)、電液伺服閥(6)以及油箱(9)；所述液壓移架油缸(1)安裝在所述支撐立柱后方，所述電液伺服閥(6)與所述液壓移架油缸(1)連接；所述電液伺服閥(6)與所述油箱(9)之間連接有定量泵(10)；所述定量泵(10)連接有三相異步電機(jī)(7)；

包括步驟：

步驟1：建立電液伺服閥控液壓移架系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型；

11)記伺服放大器的放大系數(shù)為k_p，伺服放大器的輸入電壓為U_c，伺服放大器的輸出電流為I_c，伺服放大器的數(shù)學(xué)模型為：

I_c＝k_pU_c (1)

12)記電液伺服閥的閥口流量，即液壓移架油缸的入口流量為q_L，電液伺服閥的流量增益為k_q，電液伺服閥的壓力-流量系數(shù)為k_c，電液伺服閥閥芯位移為x_v，負(fù)載壓力為p_L，電液伺服閥的流量方程為：

q_L＝k_qx_v-k_cp_L (2)

13)記液壓移架油缸的活塞面積為A_p，活塞位移為x_p，活塞位移的一階導(dǎo)數(shù)，即活塞速度為液壓移架油缸內(nèi)/外總泄漏系數(shù)為C_t，液壓油彈性模量為β_e，負(fù)載壓力對(duì)時(shí)間的變化量為液壓移架油缸兩腔的總體積為V_t，液壓移架油缸流量特性方程為：

14)記負(fù)載的質(zhì)量為M_t，負(fù)載的黏性阻尼系數(shù)為B_p，負(fù)載的彈性粘度為k_s，k_s＝0，不確定以及未建模項(xiàng)為f_L，活塞位移的二階導(dǎo)數(shù)，即活塞加速度為根據(jù)液壓移架油缸的輸出力與負(fù)載力相平衡的特點(diǎn)，得到液壓移架油缸的力平衡特性方程為：

15)記伺服閥增益為k_v，電液伺服閥流量特性等效為一個(gè)比例環(huán)節(jié)，即：

x_v＝k_vI_c (5)

16)根據(jù)電液伺服閥和液壓移架油缸的流量特性，以及液壓移架油缸的力平衡特性，得到液壓移架系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：

其中，為活塞位移的三階導(dǎo)數(shù)，為未建模和不確定項(xiàng)的一階導(dǎo)數(shù)；將上式簡(jiǎn)化描述為

其中，m₁＝M_tV_t/4β_e，m₂＝B_pV_t/4β_e+(k_c+C_t)M_t，m₃＝A_p²+(k_c+C_t)B_p，m₄＝A_pk_pk_qk_v，m₅＝-V_t/4β_e，m₆＝-(C_t+k_c)；進(jìn)一步整理得到液壓移架系統(tǒng)模型為：

其中，a₀、a₁、b₀、c₀、c₁為微分方程系數(shù)，滿足a₀＝-m₂/m₁，a₁＝-m₃/m₁，b₀＝m₄/m₁，c₀＝m₅/m₁，c₁＝m₆/m₁；

17)根據(jù)步驟16)中液壓移架系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的微分方程，得到液壓移架系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的狀態(tài)方程表達(dá)式為：

其中，X＝[x₁,x₂,x₃]^T，x₁＝x_p，為位移速度，為位移加速度；B＝[0 0 b₀]^T，C＝[1 0 0]，u＝U_c，d(t)＝[0 0 Δ]^T，表示擾動(dòng)以及未建模因素引起的不確定項(xiàng)；

步驟2：設(shè)計(jì)電液伺服閥控液壓移架系統(tǒng)的自適應(yīng)滑模位移控制方法：

記液壓移架系統(tǒng)支撐立柱的期望位移信號(hào)為x_d，則系統(tǒng)位移誤差為：

e＝x_p-x_d (9)

設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)切換函數(shù)為：

其中λ₀和λ₁為大于零的常數(shù)；

選取指數(shù)趨近律設(shè)計(jì)系統(tǒng)狀態(tài)到達(dá)滑模面的過(guò)程，具體為：

其中ε、k為大于零的常數(shù)；

聯(lián)立式(8)-(11)，得到：

-εsgn(s)-ks＝λ₀x₂+λ₁x₃+(a₀x₃+a₁x₂+b₀u+Δ) (12)

由此，可得控制率u為：

最終得到控制率為：：

其中，為擾動(dòng)以及未建模因素引起不確定項(xiàng)的估計(jì)值。