[發明專利]考慮輸出離散性的電液伺服系統非線性自抗擾控制方法

有效

• 申請號: 201910959322.1
• 申請日: 2019-10-10
• 公開（公告）號: CN110647111B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 趙丁選;杜苗苗;倪濤;杜松;王麗麗;陳浩;馬麗哲;劉振華
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G05B19/4065
• 分類號: G05B19/4065
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

本發明公開了一種考慮輸出離散性的電液伺服系統非線性自抗擾控制方法，屬于電液位置伺服控制技術領域，包括以下步驟：步驟1，建立電液位置伺服系統的數學模型；步驟2，依據建立的數學模型設計考慮輸出離散性的非線性擴張狀態觀測器；步驟3，基于觀測器的估計值設計非線性自抗擾控制器的自抗擾控制率；步驟4，調節非線性自抗擾控制器的設計參數，直到達到預期的控制效果。本發明解決了電液位置伺服系統中的非線性、不確定擾動和輸出信號離散性對控制品質的不良影響，實現高精度的位置跟蹤控制。

技術領域

本發明涉及電液位置伺服控制技術領域，尤其是一種考慮輸出離散性的電液伺服系統非線性自抗擾控制方法。

背景技術

電液伺服系統具有功率密度高，輸出力/轉矩大，動態響應快的優點，因此在工業中被廣泛應用。然而，電液伺服系統是一個典型的非線性系統，如流量、壓力非線性以及缸的結構非對稱性帶來的正、負行程開環增益和動態特性非線性等。除此之外，電液伺服系統中還包含大量的不確定擾動因素，如負載質量、液壓缸粘性阻尼系數、泄露系數、液壓油彈性模量等系統參數易隨溫度變化，以及系統中存在的未建模摩擦力、難建模動態和外界干擾等不確定非線性。上述特性給高性能的電液位置伺服控制帶來了巨大挑戰，尤其是不確定擾動的存在會引起控制品質的下降，甚至導致系統不穩定現象。而探索能夠同時處理系統中的非線性和不確定性，實現電液位置伺服系統的高精度控制一直是工程控制領域所追求的目標。

隨著控制理論的發展，很多先進的控制算法被用于電液位置伺服系統，如反饋線性化、自適應控制、反演控制、滑模變結構控制和魯棒控制等，但這些控制方法在應用時存在很大的局限性。一方面，基于上述控制算法所設計的控制器往往依賴于精確的數學模型，而電液伺服系統中存在的參數不確定性和不確定非線性極易造成模型不匹配的情況，因此所設計的控制器抗干擾能力較弱，難以達到高精度的控制要求。另一方面，上述控制算法在設計控制器時大都需要系統的全部狀態信息，而很多工程實際中，由于機械結構、體積以及成本等因素的約束，只有位移信息可直接測量，導致所設計的控制器難以應用于實際。即便其他信號(如速度、壓力等)可以測得也會帶來嚴重的測量噪聲，這將嚴重惡化全狀態反饋控制器的性能。

自抗擾技術不依賴于精確的數學模型，僅利用系統的輸出信息對不可測狀態和不確定干擾進行實時估計并及時進行補償，具有抗干擾能力強、控制精度高和響應速度快的優點，因此在電液位置伺服控制方面具有其他控制算法不可比擬的優勢。專利“一種液壓馬達位置伺服系統的自抗擾自適應控制方法”，公開號為CN104345638B；專利“一種電液位置伺服控制系統的線性自抗擾控制方法及裝置”，公開號為CN108873702A，均采用自抗擾技術進行控制器設計，但均基于線性擴張狀態觀測器。自抗擾技術的提出者韓京清等專家認為非線性擴張狀態觀測器具有比線性擴張觀測器更好的性能，然而目前其在電液位置伺服控制領域的應用非常有限，一個重要的原因就是其穩定性證明較為困難。

另外，目前存在的基于擴張狀態觀測器所設計的自抗擾控制器都是在連續時域內設計。我們知道，當控制器應用于實際時，所依賴的計算機控制系統為數字離散系統，同時傳感器所獲取的輸出信號也為離散的采樣點，而基于連續時域設計的觀測器的觀測性能和收斂性將會受到離散采樣過程的影響，其原始的性能難以保證。因此迫切需要設計一種考慮輸出離散性的非線性自抗擾控制方法，進一步提高自抗擾控制器的在實際應用時的控制效果。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種考慮輸出離散性的電液伺服系統非線性自抗擾控制方法，以解決電液位置伺服系統中的非線性、不確定擾動和輸出信號離散性對控制品質的不良影響，實現高精度的位置跟蹤控制。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種考慮輸出離散性的電液伺服系統非線性自抗擾控制方法，包括以下步驟：

步驟1，建立電液位置伺服系統的數學模型；

步驟2，依據建立的數學模型設計考慮輸出離散性的非線性擴張狀態觀測器；