[发明专利]电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法及装置

说明书

本发明公开了电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法及装置，方法为：首先，根据电液位置伺服系统的故障类型构建电液位置伺服系统的故障数学模型，并设计参考模型；其次，设计自适应重构控制律，使故障系统的输出跟踪参考模型的输出，以补偿故障系统输出误差；然后，根据故障类型建立组合多模型集，每个模型都有相应的独立控制器；接着，设计模型切换机制对故障系统进行模型匹配，使其自动切换到性能指标最小的控制器。本发明提出的基于多模型自适应的电液位置伺服系统重构方法能够有效地补偿组件故障产生的不利影响，针对传感器、执行器等故障具有良好的鲁棒性和优秀的重构能力，保证了电液位置伺服系统在整个工作任务中的可靠性与安全性。

技术领域

本发明涉及航空机电系统及其控制方法，具体涉及一种电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法及装置。

背景技术

电液位置伺服系统是集机、电、液于一身的复杂控制系统，具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵活等优点。电液位置伺服系统在航空航天工程中应用越来越广泛，特别是在大型飞机舵面控制以及飞行模拟器控制等。然而电液位置伺服系统结构复杂，不可避免地存在组件故障隐患。一旦其某个部件发生故障，很容易引发连锁反应，甚至造成更严重的后果，系统的可靠性和安全性会因此大大降低。

目前对电液位置伺服系统及其故障的分析，主要是建立系统非线性状态空间模型，分析控制参数对输出特性的影响，并且模拟仿真液压系统的几种典型故障；通过自上而下的建模方法对电液位置伺服系统进行建模，将实际电液位置伺服系统主要元件的故障模拟化，其仿真结果对故障检测与诊断以及液压产品的升级改造有一定的参考价值。

现有的伺服控制器及电液位置伺服系统，由闭环控制单元、伺服阀驱动单元、单片机设定单元以及电源单元构成。闭环控制单元采用PID控制算法，并且通过单片机设定单元调整增益参数，调整简单灵活且精度高，从而伺服控制器的实时性和可互换性增强。但是并没有考虑到电液位置伺服系统发生组件故障的情况，其安全性和可靠性有限，不足以保证工作安全。

发明内容

发明目的：本发明的一个目的是提供一种电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法，以补偿故障产生的不利影响，提高电液位置伺服系统的可靠性和安全性，进而保证工作任务安全顺利完成。

本发明的另一个目的是一种电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制装置。

技术方案：本发明的电液位置伺服系统的多模型自适应重构控制方法，包括以下步骤：

S1、根据电液位置伺服系统的故障类型构建电液位置伺服系统的故障数学模型，并设计参考模型；

S2、设计自适应重构控制律，使故障系统的输出跟踪参考模型的输出，以补偿故障系统输出误差；

S3、根据电液位置伺服系统的故障类型建立组合多模型集，组合多模型集包括多个固定模型，自适应模型，以及可初始化自适应模型，并给每个模型设计相应的独立控制器；

S4、设计模型切换机制，所述模型切换机制用于对故障系统进行模型匹配，使其自动切换到性能指标最小的控制器，完成故障系统重构控制。

进一步的，步骤S1中电液位置伺服系统的故障包括传感器故障和执行器故障，电液位置伺服系统的故障数学模型为：

其中，表示故障系统的状态向量，是x_p(t)的导数，是故障系统的输入向量，是故障系统的输出向量，ω(t)为外部有界扰动，和G∈Rⁿ分别为故障系统的系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵和扰动矩阵，A、B、C分别为电液位置伺服系统的系统矩阵、输入矩阵和输出矩阵，{σA,σB,σC}是由故障引起的具有适当维数的有界参数摄动矩阵。

进一步的，步骤S1中参考模型为：