[发明专利]一种液压位置伺服系统输出反馈自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明属于液压系统高精度位置跟踪控制技术领域，涉及一种液压位置伺服系统输出反馈自适应控制方法。

背景技术

液压系统(即液压位置伺服系统)是以液体作为工作介质，其具有功率体积比大、承载能力强、响应速度快、控制精度高、惯性小、调速方便以及安全性高等优点，液压技术已经被广泛的应用于各个领域。

但是由于液体的内泄漏、液体通过阀口的复杂流动特性、液压缸与滑块之间的摩擦力相对较大，这些因素使得液压位置伺服系统的高精度跟踪控制十分困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压位置伺服系统输出反馈自适应控制方法，解决了现有技术对液压位置伺服系统的跟踪控制精度不够高的问题。

本发明采用的技术方案是，一种液压位置伺服系统输出反馈自适应控制方法，该方法按照以下步骤具体实施：

步骤1、建立液压位置伺服系统的模型

该液压位置伺服系统的数学模型如下式(1)：

其中，P_a和P_b分别为液压缸无杆腔A和有杆腔B的压力，和分别为P_a和P_b的一阶导数，P_s和P_r分别为供油压力和回油压力，Q_a和Q_b分别为流入无杆腔A和流出有杆腔B的流量，A_a和A_b为活塞在无杆腔A和有杆腔B的有效作用面积，V_a和V_b为液压缸无杆腔A和有杆腔B的容积，C_d为流量系数，C_t为内泄漏系数，w为比例阀面积梯度，x_v为比例阀阀芯位移，k_v为比例阀比例系数，u为控制信号，ρ为油液密度，β_e为体积弹性模量，M为负载质量，B_p为粘性阻尼系数，k为负载弹性系数，y为液压缸活塞的位移，y通过位移检测仪检测得到，和分别为y的一阶导数和二阶导数，F_L为外负载力，

引入负载流量Q_L和负载压力P_L的定义：

忽略外负载力F_L以及库伦摩擦等非线性负载，对非线性函数进行线性化处理，得到该液压位置伺服系统的机理模型为：

其中，K_xa和K_pa分别为线性化后的流量增益和流量压力系数，A_m表示液压缸的平均有效面积，

定义该液压位置伺服系统的状态变量为：其中的上标T是指向量的转置，

则该液压位置伺服系统的状态方程为：

近似得到在平衡工作点附近的液压位置伺服系统的三阶线性模型如下：

其中分别对应为x₁、x₂、x₃的一阶导数，a₀、a₁、a₂、b为未知模型参数，为y的三阶导数，控制目标是使活塞位移y跟踪所要求的期望输出y_m；

步骤2、建立液压位置伺服系统的输出反馈自适应控制器模型

给式(5)构建一个输出反馈自适应控制器，其模型如下式(6)：

u′＝θ^Tω， (6)

其中，u'为限幅之前的控制信号；θ^T和ω均为4维向量，θ^T是θ的转置向量，θ＝[k θ₁θ₂ θ₀]^T，ω＝[y_m ω₁ ω₂ y]^T，ω₁和ω₂分别通过对输入信号y_m和输出信号y滤波得到，即如公式(7)所示：

其中，和分别为ω₁和ω₂的一阶导数，Λ、h为设计参数，

变量的导数通过欧拉公式求取，具体形式如下式(8)：

其中，是x(t)的一阶导数，表示在k个采样时刻的值，ΔT为采样时间，

对控制信号u进行限幅，具体形式如下式(9)：