[发明专利]一种电液位置伺服系统多模型鲁棒自适应控制方法

说明书

本发明公开了一种电液位置伺服系统多模型鲁棒自适应控制方法，包括以下步骤：建立电液位置伺服系统的数学模型以及辨识模型；基于辨识模型设计对应的控制器；设计切换策略；对多模型鲁棒自适应控制器进行性能及稳定性分析。本发明融合了多模型自适应控制和鲁棒控制，在辨识模型中设计非线性鲁棒项，解决了传统自适应在强参数不确定性下瞬态响应较差的问题，同时增强了传统多模型自适应对外部干扰等不确定非线性的鲁棒性，最终获得良好的稳态跟踪性能以及较好的瞬态性能。

技术领域

本发明涉及电液伺服控制技术领域，具体涉及一种电液位置伺服系统多模型鲁棒自适应控制方法。

背景技术

电液伺服系统由于具有动态响应快、体积小、输出力/转矩大以及控制精确度高等优点，在国防、航空航天、民用各领域得到了广泛的应用。电液伺服系统是一个典型的非线性系统，包括各种建模不确定性和非线性特性。其中，非线性特性主要有摩擦非线性以及伺服阀流量压力非线性等，建模不确定性主要包括参数不确定性以及不确定性非线性，参数不确定性主要是伺服阀流量增益、泄漏系数、执行机构的粘性摩擦系数、液压油弹性模量等，而不确定性非线性主要包括外部干扰、未建模动态以及未建模泄漏等。

近几十年来，随着各领域技术水平的快速发展，对电液伺服系统跟踪性能的要求也越来越高，以往基于传统线性理论设计的控制器已逐渐不能满足系统的高性能需求，因此必须针对电液伺服系统中的非线性特性研究更加先进的非线性控制策略。而液压系统中的非线性特性、参数不确定性等成为发展先进控制器的主要障碍。

目前，针对电液伺服系统非线性控制的问题，有很多方法相继被提出。例如，基于反步设计的反馈线性化控制方法，其基本思想是对非线性函数进行精确补偿，以对误差动态线性化。但是，在实际工程中，不可能得到精确的电液伺服系统模型，不可避免存在建模不确定性，因此，很难得到理论的渐进跟踪性能。自适应控制是估计未知时不变参数(或慢时变参数)的有力工具，可提高系统跟踪精度并且可获得渐进跟踪的稳态性能。然而，自适应控制器是在系统不存在外部干扰等不确定性非线性前提下设计的，当存在外部干扰时，会导致系统的不稳定。另一方面，非线性鲁棒控制能有效提高闭环系统对未建模扰动的鲁棒性。事实上，鲁棒控制在某些情况下就相当于高增益反馈，但其不适用于具有参数不确定性的系统。因此，为了同时解决不确定性非线性以及参数不确定性问题，提出了自适应鲁棒控制(ARC)的方法，该方法在同时存在两种建模不确定性时可以使系统获得确定的瞬态性能和稳态性能，如要获得高精度跟踪性能则必须通过提高反馈增益以减小跟踪误差，然而过大的反馈增益将提高闭环系统的频宽，从而可能激发系统的高频动态使系统失稳。滑模控制可以解决任何有界的建模不确定性，并可获得渐近跟踪的稳态性能。但所设计的不连续的控制器容易引起滑模面的颤振问题，从而会恶化系统的跟踪性能。为此，人们对经典滑模控制进行了改进，如采用光滑连续的双曲正切函数替代不连续的标准符号函数。以上方法都只关注了系统的稳态性能。众所周知，液压系统存在参数不确定性，且很多参数的不确定性比较大，例如液压油弹性模量、泄漏系数等，液压油弹性模量可从100MPa到1400MPa，泄漏系数可从1×10^-13m⁵(N·s)到1×10^-10m⁵(N·s)。用传统自适应方法时，当参数自适应的初值选的不合适的时候，往往会影响到系统跟踪的瞬态响应以及稳态性能，针对这些问题，人们提出了多模型自适应的方法，通过多个辨识模型，设计多个控制器，通过相应的切换指标，选取离真实系统最近的辨识模型并把对应的控制器作为系统的当前控制输入，从而提高了系统的瞬态响应性能。但与传统自适应一样，当存在外部干扰等不确定性非线性时，将会对系统造成影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种鲁棒性强、跟踪性能高、瞬态性能好的电液位置伺服系统的多模型鲁棒自适应控制方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种电液位置伺服系统多模型鲁棒自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤1，建立电液位置伺服系统的数学模型以及辨识模型；