[發明專利]一種基于降低切換增益擾動觀測器的直驅閥門系統魯棒切換控制方法

在審

• 申請號: 202010498368.0
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111610716A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 余雷;張中良;張中宜;張忠敏;粟飛;李紅星;王呈棟
• 申請（專利權）人: 浙江中德自控科技股份有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京恒泰銘睿知識產權代理有限公司 11642
• 代理人: 姚健

本發明公開了一種基于降低切換增益擾動觀測器的直驅閥門系統魯棒切換控制方法，包括以下步驟：步驟1、建立直驅閥門控制系統的動態切換模型，步驟2、設計具有擾動觀測器的魯棒切換控制器，設計出的控制系統具有控制律、基于Lyapunov穩定性方法的擾動觀測器律以及周期性切換信號的切換律，使得該控制器可以消除系統震顫，降低切換系統的切換增益，或極大減輕系統顫動。

技術領域：

本發明專利涉及直驅閥門控制系統，尤其是基于降低切換增益擾動觀測器的 直驅閥門系統魯棒切換控制方法。

背景技術：

直驅閥門系統是影響航天伺服系統輸出性能的主要部件之一，在控 制領域有許多廣泛的應用。采用直驅閥門(DDV，Direct Drive Valve) 的電動伺服電機是用于消除系統對油污靈敏度高、結構復雜的缺點，并 提供了良好的控制輸出性能。因此，近年來一系列先進的控制策略受到 廣泛關注。眾所周知，PID控制方案在工業控制中應用極其廣泛，因為它 的普及源于其簡單的操作、簡易的系統結構以及在諸多操作中的適用性。 當系統存在復雜、時變以及較大擾動時，傳統PID控制方案就無法實現 一致的控制性能。

同時，值得一提的是，控制器設計中的震顫問題，即控制系統性能 可能遭受的損害已經得到廣泛研究。為了克服系統外部干擾的影響并獲 得高頻響應，經過大量的改進后已經得到了一些令人滿意的結果，例如 自適應控制，神經網絡控制,模糊控制等。在這些控制方案中，基于擾動 觀測器方法的滑模控制是性能突出的有效解決方案，其可以針對擾動系 統進行魯棒控制。然而由于算法復雜度的增加(如模糊控制、神經控制、 時滯控制、預測控制等)，工業應用的實現難度極大。因此，在直驅閥門 控制系統中，如何選擇一個易于實現的簡單魯棒控制器變得更具挑戰性。

另一方面，有時系統模型會因系統狀態、控制參數或操作模式改變 而改變。本發明中，直驅閥門(DDV)伺服控制系統參數具有顯著的不確 定性和未知擾動。一些系統狀態的改變會導致齒槽反射和未知流體動力 負載擾動的改變。因此，工作條件和溫度變化相當緩慢。我們可以把這 些變化的系統定義為切換系統。目前，切換系統的工作主要集中在穩定 性，魯棒性，可觀測性，可控性，切換律(如循環，同步，平均停留時 間，單速率，任意切換，周期切換律)等。據大眾所知，對于直驅閥門控 制系統，在周期切換律下，減少震顫和克服滑模切換控制方案中擾動的 影響的方法很少。因此對于直驅閥門控制系統在周期切換律下減少震顫， 克服擾動的方法顯得尤為重要，本發明就介紹了這樣一種基于降低切換增益擾動觀測器的直驅閥門系統魯棒切換控制方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于降低切換增益擾動觀測器的直驅閥門 系統魯棒切換控制方法，該控制器可以消除系統震顫，降低切換系統的切換增 益，或極大減輕系統顫動。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種基于降低切換增益擾動觀測器的直驅閥門系統魯棒切換控制方法，其實 現包括以下步驟：

步驟1、建立直驅閥門控制系統的動態切換模型

步驟2、設計具有擾動觀測器的魯棒切換控制器

優選的，步驟1所述建立直驅閥門控制系統的動態切換模型，具體 如下：

(2.1)以直驅閥門控制系統為例，建立系統動態切換模型：

在上述式子中，J是系統的總轉動慣量，包括電機轉子和中心閥的轉動慣量， B是粘性摩擦系數，θ是電機旋轉角度，K_m是伺服電機的電磁轉矩系數，C_e是 反電動勢系數，R是電樞相電阻，L是電樞相電感，i是電樞等效電流，u^*是等 效控制輸入電壓，T₁是液體力矩，T_c是齒槽轉矩，是角速度，是角加速度，是電流的變化率；