[发明专利]一种电液位置伺服控制系统的线性自抗扰控制方法及装置

说明书

本发明公开一种电液位置伺服控制系统的线性自抗扰控制方法及装置。该方法是根据电液位置伺服系统数学模型，在线性自抗扰控制器内，经过跟踪信号发生器、线性扩张状态观测器和状态反馈控制器的共同作用，通过输入的当前活塞位移量与当前动态主动补偿控制律，获得下一时刻的动态主动补偿控制律，并将该数值输入给比例阀，如此周期循环，实现对总扰动的实时动态补偿。本发明提供了一种精度高、稳定性好、抗扰能力强的控制方法，解决了PID参数整定困难的问题，克服了非线性、不确定性对控制系统性能的影响。

技术领域

本发明涉及电液位置伺服控制技术领域，具体涉及一种电液位置伺服控制系统的线性自抗扰控制方法及装置。

背景技术

电液位置跟踪控制系统中存在阀的死区，流量压力、摩擦力、控制器饱和等非线性，系统内部参数和负载的不确定性，特别是缸的结构非对称性，必将导致正、负行程开环增益和动态特性的非对称性，上述特性给高性能电液位置伺服控制带了巨大挑战。而提高系统的抗扰能力，实现电液位置伺服系统高精度、快响应一直是工程控制所追求的目标。

许多学者，基于精确数学模型的扰动观测器控制方法利用系统的输入、输出及系统特性来设计扰动观测器，实时估计并动态补偿施加于系统的外部扰动，以降低非线性扰动给系统带来的不利影响。但是受机械结构、体积和成本等因素的制约，往往仅活塞位移可直接测量，从而增加了扰动观测器的设计难度。针对系统存在的不确定性，众多专家学者又提出了反馈线性化、自适应控制、鲁棒控制、变结构控制等控制方法，且对控制器参数进行了严谨的数学理论推演，某种程度上提高了系统的鲁棒性和控制精度。然而，这些系统的控制性能依赖于数学模型的精度，当系统力学性能发生变化时极易造成模型不匹配等问题，引起控制性能下降，甚至不稳定。

鉴于模型依赖的脆弱性和系统状态的不易获取性，使得基于误差负反馈的传统PID控制在工业控制领域一直占据主导地位，如图1所示，传统PID控制是由负载2输出位移量y，将获得的位移量y输入系统的控制器1，在控制器1中，位移量y与系统输入的期望位移值v₁作比较，得到的误差值e₁分别乘以比例系数k_p、积分系数k_I和微分系数k_d，则获得基于位移偏差PID控制律再将所得u值输出给电液位置伺服系统2，以此控制电液位置伺服系统2的活塞运动。但基于误差的PID控制策略存在控制作用滞后，易产生超调和振荡，降低了系统的稳定裕度等缺陷，将其应用于具有高度非线性和动态不确定性的电液位置伺服系统，很难实现高性能控制要求。

发明内容

针对高精度电液位置伺服系统的实际需求，本发明提出一种电液位置伺服控制系统的线性自抗扰控制(Linear Active Disturbance Rejection Control，LADRC)方法及装置。本发明利用系统输入输出设计线性扩张状态观测器(Linear Extended StateObserver,LESO)，实现对施加于系统的综合扰动实时动态补偿。

本发明采用以下技术方案实现，一种电液位置伺服控制系统的线性自抗扰控制方法，所述电液位置伺服控制系统包括比例阀、液压缸；比例阀根据动态主动补偿控制律控制液压缸的活塞位移；所述线性自抗扰控制方法根据液压缸的当前活塞位移y和比例阀输入的当前动态主动补偿控制律u进行数据处理，得到期望状态反馈控制律u′，u′实现电液位置伺服控制系统的闭环负反馈控制，所述线性自抗扰控制方法包括步骤：

步骤一，采样y和u；

步骤二，构建线性扩张状态观测器，并参数化所述观测器，其包括步骤：

(I)根据y和u构建线性扩张状态观测器，满足：

其中，为线性扩张状态观测器的状态矩阵；为线性扩张状态观测器的状态向量，且为输入矩阵，其中b₀代表电液位置伺服系前向通道控制增益b的估计值；为线性扩张状态观测器的增益矩阵，ω_o为唯一待整定参数线性扩张状态观测器的带宽；为活塞位移观测值；为线性扩张状态观测器的输出矩阵；