[发明专利]基于SIMULINK的负载模拟器参数影响度分析方法

权利要求书

1.一种基于SIMULINK的电液负载模拟器参数影响度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定电液负载模拟器的非线性数学模型；具体为：

负载模拟器的输出力矩动态方程为：

公式(1)中，T为输出力矩，A为负载液压马达的排量，P_L＝P₁-P₂为液压马达负载压力，P₁，P₂分别为马达两腔的压力，B为总的粘性阻尼系数，y和分别为系统位置和速度；为所有未建模干扰项；

压力动态方程为：

公式(2)中，β_e为液压油的有效体积模量，V₁＝V₀₁+Ay、V₂＝V₀₂-Ay分别为两个腔的总体积，V₀₁和V₀₂分别为这两个腔的初始体积，C_t为马达的总泄露系数，Q₁和Q₂分别为进油腔和回油腔的流量，Q₁、Q₂为：

公式(3)中，C_d为伺服阀节流孔系数，w为伺服阀节流孔面积梯度，ρ为液压油的密度，x_v为阀芯位移，P_s为系统供油压力，系统回油压力P_r＝0，s(x_v)为符号函数并且该符号函数定义为：

伺服阀的阀芯位移x_v和输入电压u之间满足x_v＝k_lu，其中k_l为电压-阀芯位移增益系数，u为输入电压；

因此，公式(3)可以写为

其中g＝k_qk_l为总的伺服阀增益系数；

假设1：在正常工况下的实际液压系统，由于P_r和P_s的影响，P₁和P₂都是有界的，也就是说，0≤P_r＜P₁＜P_s，0≤P_r＜P₂＜P_s；

根据公式(1)、(2)、(3)，系统的动态方程可以写为：

两边同时除以β_e得到：

公式(6)、(7)中，R₁和R₂的定义如下：

由公式(8)可知R₁＞0,R₂＞0；

对于任意力矩跟踪指令，我们有以下假设：

假设2：跟踪目标力矩T_d(t)是连续可微的，并且T_d(t)和其一阶微分都是有界的，运动干扰也都是有界的；

现将公式(7)写为：

公式(9)中，θ₂＝C_t，f₁,f₂,f₃的定义如下：

假设3：参数不确定性和不确定非线性满足下列条件：

公式(11)中，θ_min＝[θ_1min,θ_2min,θ_3min]^T，θ_max＝[θ_1max,θ_2max,θ_3max]^T，为一有界的干扰函数；

步骤2、在SIMULINK内搭建系统模块，具体为：

在SIMULINK内，搭建电液负载模拟器的控制系统模型，该模型分为5个部分，分别是计时器部分、舵机位置指令部分、力指令部分、控制器部分、对象模型部分；其中，计时器部分为独立部分，不与其他4个部分相连，并设置时间取样间隔为0.5毫秒；舵机指令内的信息则直接输入到对象模型中；力指令通过控制器运算后再输入到对象模型中，系统的控制器为PID控制器；对象模型为基于公式(1)～公式(8)所搭建的控制框图；

步骤3、对电液负载模拟器内的非线性参数进行影响度分析，得到系统控制性能对电液负载模拟器参数的敏感度。

2.根据权利要求1所述的基于SIMULINK的电液负载模拟器参数影响度分析方法，其特征在于，步骤3具体为：

通过在参数各个变化率下对系统进行仿真分析，选取参数变化率为-100％，-80％，-60％，-40％，-20％，0％，20％，40％，60％，80％，100％，以系统的跟踪误差为参考指标，通过仿真计算出跟踪误差在不同参数条件下的值，然后通过折线图将其表现出来；

基于MATLAB R2010b软件，仿真分析过程为：

首先，搭建频宽分析模型：选择电液负载模拟器的控制系统模型内的对象模型，并断开其舵机位置指令的输入信息，以input port作为频宽分析模型的输入端，该输入与模型输出作差，然后再乘以一个增益作为对象模型的输入，输出端与output port相连；

其次，选择线性分析，在工具栏中选择Tools-Control Design-Linear Analysis；选择Bode response plot后再点击Linearize Model，得到该模型的伯德图。