[发明专利]一种含磁滞补偿的液压马达预设性能跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种含磁滞补偿的液压马达位置伺服系统预设性能跟踪控制方法，属于电液伺服控制领域，控制方法原理示意图见摘要附图。该方法同时考虑了系统参数不确定性、未建模外干扰以及磁滞非线性，设计了优良的跟踪控制器；针对磁滞非线性，将磁滞非线性建模为线性项和有界干扰项之和，极大的方便了后续运动控制器的设计；针对系统参数不确定性和未建模干扰项，采用自适应鲁棒控制方法，同时保证了较好的参数估计和鲁棒有界稳定；针对预设性能需求，采用预设性能函数，实现了对跟踪误差收敛速度和最大超调量的合理规划，通过对转换误差设计了优良的跟踪控制器，进而保证了跟踪误差满足预设的性能需求。对比仿真结果验证了控制器的有效性。

技术领域

本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种含磁滞补偿的液压马达预设性能跟踪控制方法。

背景技术

电液伺服系统具有功率密度大、响应快、输出力/力矩大等突出优点，在工业和国防领域得到了广泛的应用，例如机械手、飞行器操控、负载模拟器等。而这之中，液压伺服马达由于可以直接输出力矩，在有旋转运动需求的场合应用广泛。然而电液伺服系统广泛存在诸多的模型不确定性，包括参数不确定性(如伺服阀的流量增益、液压油的体积模量、马达的泄露系数等)和不确定非线性(如未建模外干扰、非线性摩擦、磁滞等)，这些都给控制器的设计带来很大难度。

针对参数不确定性，自适应控制是常用的手段，其对参数不确定性和不确定非线性中的可参数化部分，可以有效的估计并实现一定的模型补偿，然而对于不可参数化的不确定非线性项，自适应控制无能为力，且在存在较强外干扰的场合，自适应控制甚至面临发散的危险。针对不确定非线性，滑膜、鲁棒控制、神经网络控制都得到尝试，且取得了较好的控制效果，然而滑膜控制器中不连续符号函数所带来的颤振现象，易导致系统控制性能的衰减，造成系统失稳，现有的改善滑膜抖动措施的控制方法较少且复杂；鲁棒控制实现好的控制性能常常伴随高增益反馈的风险；神经网络控制的计算量较大，实时性受到影响，与电液伺服系统的高响应速度特性存在冲突，导致其在实际工程的应用出现瓶颈。

对于一些特殊的场合，如转台、飞行器舵机等，电液伺服系统的跟踪性能不仅需要满足一定的稳态指标，而且跟踪误差的收敛速度、超调量等瞬态指标，有时也必须满足预先设定的界限。此外，电液伺服阀中的力矩马达普遍存在磁滞非线性特性，虽然其对阀控马达伺服系统的稳定性不构成严重威胁，但是却极易导致系统在低频时的相位滞后，从而影响控制器的最终性能。

总的来说，现有电机伺服系统控制技术的不足之处主要有以下几点：

一、对于系统的预设性能关注较少。当工程实际中对于系统存在预设性能需求时，如何在控制器设计中融合进这些预设需求，如何保证跟踪误差的收敛速度、超调量等瞬态指标，同时又兼顾稳态跟踪精度等稳态指标，是时下面临的棘手问题；

二、未考虑磁滞非线性。磁滞非线性作为力矩马达的固有特性，在控制器设计中如果不加以考虑，却极易导致阀控马达伺服系统在低频段的相位滞后，影响所设计运动控制器的最终性能；

三、高增益反馈。这在传统鲁棒控制器中较为常见，以不确定项的最大上界作为负反馈来减小跟踪误差，虽然能取得较好的跟踪性能，却不得不面临高增益反馈的风险，容易激发系统高频未建模动态，造成系统失稳。

发明内容

本发明为解决现有电液伺服系统未充分考虑预设性能需求、系统磁滞非线性和存在高增益反馈的问题，以双叶片液压马达位置伺服系统为例，提出一种含磁滞补偿的液压马达预设性能跟踪控制方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的具体步骤如下：

一种含磁滞补偿的液压马达预设性能跟踪控制方法，所述一种含磁滞补偿的液压马达预设性能跟踪控制方法的具体步骤如下：

步骤一、建立含磁滞的双叶片马达位置伺服系统数学模型，根据牛顿第二定律、电液伺服阀的特性以及液压马达工作特性，双叶片马达位置伺服系统数学模型可由下式给出：