[发明专利]一种基于衰减记忆滤波的电液伺服控制方法及2‑DOF机械臂

说明书

技术领域

本发明涉及电液伺服的控制方法，特别是电液伺服的修正反步控制方法。

背景技术

目前应用在电液伺服控制系统中的先进控制方法有很多种，包括鲁棒控制、参数自适应控制，反步控制，精确反馈线性化方法等。传统的参数自适应控制方法只能估计未知的不确定参数常量，不能估计时变参数如系统的外界干扰等。电液伺服控制系统由于是严格反馈模型，经常采用反步控制方法设计控制律，但是控制律中需要对虚拟控制变量进行求导，直接求导会带来微分爆炸，因此，本专利采用衰减记忆滤波器与参数自适应估计律相结合的方法，不仅可以对液压6个不确定参数进行估计，同时也可以对时变的外负载干扰进行滤波，而且对反步控制律中的虚拟控制量进行滤波处理，避免微分爆炸，防止电液伺服执行器的控制饱和的产生。电液伺服执行器将驱动2自由度机械臂的运动。

发明内容

本发明的目的是克服目前电液伺服参数自适应估计和反步控制方法的不足，同时适用于时变和非时变参数的估计，而且可以防止出现微分爆炸现象，提高电液伺服控制系统的跟踪动态性能。

本发明的技术方案是一种基于衰减记忆滤波和参数自适应的电液伺服控制方法，该方法包括：

步骤1：建立电液伺服执行器模型；

步骤2：驱动电液伺服，实时获取电液伺服的反馈数据；

步骤3：利用反馈数据结合系统的状态误差计算控制变量；

步骤4：采用衰减记忆滤波器对控制变量进行滤波；

步骤5：结合反馈数据、系统误差和滤波后的控制变量计算参数自适应估计律；

步骤6：结合参数自适应估计律和滤波后控制变量计算修正反步控制律；

步骤7：根据修正反步控制律对电液伺服实时进行驱动。

进一步的，所述步骤1中建立的伺服执行器模型为：

其中x_i(i＝1,…,4)为模型状态变量，y液压缸输出位移，为输出位移变化率，p_L为负载压力，x_v为伺服阀阀芯位移，为不确定参数，m为负载质量，p_s为供油压力，A_p为对称缸横截面积，C_tl为液压缸总泄漏系数，V_t为液压缸容积，β_e为液压油有效体积弹性模量，C_d为伺服阀流量系数，w为伺服阀面积梯度，ρ为液压油密度，K为负载刚度系数，b为液压油阻尼系数，F_L为外负载压力，K_sv为伺服阀放大系数，T_sv为伺服阀一阶响应时间常数,k为反正切函数tanh(·)中指数项系数，u为伺服阀控制电压。

进一步的，步骤2中获取的反馈数据包括：液压缸输出位移、液压缸输出位移变化率、液压缸负载压力、伺服阀阀芯位移、液压缸外负载压力。

进一步的，所述步骤3中系统误差z_i(i＝1,…,4)表示为

其中x_1d表示液压缸期望位移指令,α_i(i＝1,2,3)为反步控制律设计中虚拟控制变量，表示为：

其中c₁c₂c₃表示反步控制律中的控制参数。

进一步的，所述步骤4中采用衰减记忆滤波器对虚拟控制变量和液压缸外负载压力进行滤波；

其中φ(k)为第k步计算值，为第k-1步估计值，为第k-1步变化率的估计值，为k步估计值，为第k步变化率的估计值，T_c表示控制步长，滤波参数G＝1-λ²，H＝(1-λ)²，滤波参数0<λ<1。

进一步的，所述步骤5中自适应律为：

其中为经过衰减记忆滤波器之后得到虚拟控制量的变化律估计值，k_i(i＝1、2、3、4、5、6)表示参数自适应估计律中的放大系数。

进一步的，所述步骤6中修正反步控制律为：

其中为滤波器误差的有界约束值。

进一步的，采用拉格朗日方法建立液压缸外负载力模型。