[发明专利]一种高集成性阀控缸力控系统动态柔顺补偿控制方法

说明书

一种高集成性阀控缸力控系统动态柔顺补偿控制方法，该方法内容包括：首先对高集成性阀控缸力控系统进行动态刚度机理分析；力控系统动态刚度包含第一部分固有动态刚度和第二部分等效动态刚度；设计前馈补偿控制器针对第一部分固有动态刚度进行补偿控制；设计另外一种自适应前馈补偿控制器针对第二部分等效动态刚度进行补偿控制；在此基础上，设计参数自整定PID控制器用于在线调整系统前向通道增益，进一步减小力控系统的动态刚度；设计动态柔顺复合补偿控制器G_cf(s)用于增大高集成性阀控缸力控系统的动态刚度。本发明极大地减小了力控制系统的动态刚度，为机器人具有高精度和高鲁棒性要求的外环柔顺控制提供了内环动态柔顺补偿控制方法。

技术领域

本发明涉及流体传动与控制领域，尤其涉及用于液压驱动型足式机器人的一种高集成性阀控缸力控系统动态柔顺补偿控制方法。

背景技术

阀控缸系统是液压系统中最为常用的组成形式之一，在航空航天、冶金、工程机械、农业机械、先进制造等领域有着广泛应用。而高集成性阀控缸作为更高功率密度的阀控缸结构，其在航空作动器、高性能足式机器人等应用对象上具有无可比拟的优势。但以上应用对象不同于传统的民用机械设备，其应具备杰出的控制性能，以保证其能在复杂的环境下具有很好的适应性。这使得高集成性阀控缸应具有轻量化、高响应等特点，同时关于高集成性阀控缸的结构设计优化和补偿控制方法的研究也更具有现实意义。

动态柔顺性是指控制系统在外干扰的作用下，位置变化的难易程度，其衡量指标为动态刚度，即控制系统力变化量与位置变化量的比值，该动态刚度越大(越趋近于无穷)则系统的动态柔顺性越差，反之，动态刚度越小(越趋近于零)则系统的动态柔顺性越好。针对力控系统而言，动态刚度就是指系统输出力与干扰位置的比值，该比值越小则说明系统在受到干扰位置时，输出力变化量越小，因此其动态柔顺性越好，特别是当力控系统动态刚度趋于零时，则说明无论干扰位置如何变化，系统输出力完全不受影响，该系统具有卓越的动态柔顺性，此时定义该力控系统为理想力控系统。

在液压驱动的高性能足式机器人上使用高集成性阀控缸进行动态柔顺控制时，基本实现原理都是以液压控制系统作为内环控制，再加入外环动态柔顺控制，当系统受到外干扰时，通过控制外环使控制内环的输入信号发生改变，从而使系统具备一定的动态柔顺性。目前所研究的动态柔顺控制方法多把内环力控系统视为理想系统，其控制方式的选取以及相应的补偿控制策略都针对于动态柔顺控制外环，然而，该动态柔顺控制的整体精度不仅取决于外环的动态柔顺控制，也受制于内环的控制精度。理想情况下，采用力闭环控制作为控制内环时，力控系统自身所具备的期望动态刚度趋于零，即力控精度很高且不受干扰位置的影响，使内环控制精度不影响整体的动态柔顺控制精度。但实际情况下，由于液压系统固有的非线性、参数时变性和环境的不确定性等原因，特别是当负载特性发生动态变化时，负载特性将对力控精度产生动态影响，表现在力控内环本身具备了一定的动态刚度，且不为零。由于此时力控系统存在着一定的动态刚度，导致了力控内环精度降低，从而影响着足式机器人的整体柔顺控制精度，因此有必要掌握高集成性阀控缸力控系统有着什么样的动态柔顺性，并在此基础上进行动态柔顺补偿控制，使系统自身的动态柔顺性更加趋近于理想情况。这样不仅可以有效提高力控内环的控制精度，而且可以在此基础上与柔顺控制外环共同作用，改善系统整体柔顺控制精度，从而提高足式机器人的整机运动性能。

近年来，多国学者针对力控系统的高精度和高鲁棒性控制开展了大量的研究工作。主要针对力控系统进行了性能分析与控制性能优化(如精度,动态特性,干扰抑制能力等)，起到了很好的控制效果，但所使用的控制方法多为先进控制算法，具有一定的复杂性，其工程实用性较低。更重要的是所涉及的控制方法，并没有提出和研究力控系统所具有的动态柔顺性组成，因此力控补偿的针对性也略显不足。

综上所述，在高集成性阀控缸力控技术中，迫切需要一种针对系统自身所具备的动态柔顺性的补偿控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高集成性阀控缸力控系统动态柔顺补偿控制方法，该方法抗干扰性能高，能使力控系统动态柔顺性显著提高。