[发明专利]一种气动位置伺服系统反步控制方法

摘要

本发明公开了一种气动位置伺服系统反步控制方法，该方法按照以下步骤具体实施：步骤1、建立被控气动位置伺服系统的模型，上述的各个变量参数分别通过各自检测仪器实时检测得到；忽略摩擦力，得到气动系统的三阶线性模型，控制目标是使模型输出跟踪所要求的期望输出；步骤2、建立气动位置伺服系统的反步控制器模型；步骤3、对气动位置伺服系统未知参数值进行估计，将估计得到的数值输入计算机，用于实时更新反步控制器模型的参数，计算机控制放大器的信号输出，实时调节活塞的位移量，即成。本发明方法不需要增加压力检测硬件或算法，能够获得更好的跟踪效果和更高的控制精度。

主权项

1.一种气动位置伺服系统反步控制方法，其特征在于，该方法按照以下步骤具体实施：步骤1、建立被控气动位置伺服系统的模型比例阀控制气动位置伺服系统的数学模型如下式（1）：m·a=fa(u,pa)m·b=fb(u,pb)KRTm·a=KpaAay·+Aa(y0+y)p·aKRTm·b=KpbAby·+Ab(y0-y)p·bMy··=paAa-pbAb-Ff,---(1)]]>其中和分别为流入气缸A侧和B侧的气体质量流量，u为控制信号，p_a和p_b分别为气缸A侧和B侧压力，A_a和A_b分别为气缸A侧和B侧活塞截面积，y为活塞位移，y₀为活塞初始位置，M为滑块质量，F_f为摩擦力，f_a(·)和f_b(·)分别为与气缸A侧和B侧内外压力有关的非线性函数，K、R和T为相关常数，上述活塞位移y通过位移检测仪（4）得到；忽略摩擦力，并对式（1）的非线性函数进行线性化，得到气动系统的三阶线性模型如下式（2）：x·1=x2x·2=x3x·3=a1x1+a2x2+a3x3+buy=x1,---(2)]]>其中x₁,x₂,x₃为系统状态，u为控制输入，a₁,a₂,a₃,b为未知模型参数，控制目标是使模型输出y跟踪所要求的期望输出y_d；步骤2、建立气动位置伺服系统的反步控制器模型对上步得到的气动位置伺服系统模型式（2）选取反步控制器，反步控制器的控制模型如下式（3）：u′=1b^(-z2-a^1z1-a^1yd-a^2z2-a^2α1-a^3α2+α·2),---(3)]]>其中z1=x1-ydz2=x2-α1z3=x3-α2,α1=y·d-c1z1,α2=-z1+α·1-c2z2,a^1,a^2,a^3,b^]]>均为系统未知参数的估计值，y_d为期望输出，变量的导数通过欧拉公式求取，具体形式如下式（4）：x·(kΔT)=x((k+1)ΔT)-x(kΔT)ΔT,---(4)]]>其中的ΔT为采样时间，表示在k个采样时刻的值；实际输出控制量的进行限幅如式（5）：u=Umaxu′>Umaxu′-Umax≤u′≤Umax-Umaxu′<-Umax;---(5)]]>步骤3、对气动位置伺服系统未知参数值进行估计估计方法参照下式（6）：1b^=∫(-λ)z1yddta^·1=-β1z1x1a^·2=-β2z1x2a^·3=-β3z1x3,---(6)]]>其中的λ＞0,β_i＞0,i＝1,2,3为自适应增益，将估计得到的数值用于实时更新反步控制器模型式（3）的参数，计算机通过D/A控制放大器（6）的信号输出，实时调节无杆气缸（3）的活塞（1）的位移量，即成。