电液位置伺服系统自抗扰控制研究

发布时间：2021-10-02 01:42

　　由于电液位置伺服系统中存在不易获得精确数学模型、参数摄动以及外部未知扰动等问题,采用了一种改进自抗扰控制方案,充分利用系统已知信息,将系统位置误差作为控制器输入,以减小因扩张状态观测器产生的相位滞后,进而提高系统响应速度。同时对系统位置误差进行观测并予以补偿,并将系统高阶项以及未知扰动视为总扰动,以简化控制器结构,最后采用MATLAB与AMESim进行联合仿真。结果表明,所设计的一阶非线性自抗扰控制器能够实现系统的快速响应及精度控制,相较于改进前,响应速度提升47.62%,跟踪误差降低44.44%,与PID控制相比,响应速度提升了60%,跟踪误差降低了58.34%,对未知扰动等因素有良好的抑制能力,拥有更优良的控制品质和鲁棒性。 

【文章来源】：液压与气动. 2020,(12)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

电液位置伺服系统控制原理图

对于电液伺服位置系统而言,在保证系统稳定的前提下,期望系统响应能够有较好快速性和稳态精度,以实现位置闭环系统对给定位置信号的精确跟踪,非对称阀控液压缸工作原理图如图2所示,由于其液压缸的非对称性,以及负载弹力等影响,使其在伸缩过程中产生严重的非对称性。在电液伺服系统中,控制伺服阀的负载流量QL是负载压力pL及阀芯位移xv的函数,可表示为:

自抗扰控制(ADRC)技术是在经典PID控制框架下,结合了现代控制理论,利用对状态变量的实时观测,对扰动进行实时估计和补偿,并构造出具有“主动抗扰”能力的一种新型控制器。该技术最大的优势就是不依赖控制对象的具体数学模型,对系统中的未知干扰因素有着良好的抑制能力,同时在改善系统控制品质,如稳定性、鲁棒性方面等都有优良的效果[2]。自抗扰控制器的结构如图3所示,主要由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)、反馈控制率(NLSEF)三部分组成。首先依据被控对象的控制目标和承受能力,通过TD合理地安排过渡过程,使TD的输出能够快速精准复现给定信号,同时一并输出给定信号的广义微分信号。然后利用ESO实时估计系统的状态信息以及总扰动信息(包括系统未知扰动和未建模部分),并对系统扰动进行动态线性补偿。最后通过NLSEF模块, 采用高效的误差反馈规律把非线性系统变成积分串联型线性系统,从而实现对电液位置伺服系统的非线性控制。根据式(12),将电液伺服位置系统模型考虑为三阶系统,如文献[3-9],所采用即为上述传统ADRC结构,则上图中,R为位置给定信号,通过TD为R安排过渡过程,将扩展出位置信号x1、速度信号x2、加速度信号x3;z1, z2, z3为系统状态的估计值;z4为ESO扩张出系统总扰动的估计值;e1, e2, e3为偏差信号;b0为补偿因子;u为控制信号;w为干扰信号;y为输出信号。根据对上述参数分析可知,无论是线性还是非线性ADRC均存在着待整定参数众多、观测器需要观测变量多、负担重等问题。

【参考文献】：
期刊论文
[1]六自由度电液振动台自抗扰控制方法[J]. 魏浩,关广丰,熊伟,王海涛.  液压与气动. 2020(03)
[2]基于自抗扰的高速磁浮列车牵引控制策略[J]. 朱进权,葛琼璇,孙鹏琨,王晓新,张波.  电工技术学报. 2020(05)
[3]基于自抗扰控制的铣面机床电液位置伺服系统控制策略[J]. 徐莉萍,蔡留金,李健,胡东方,马昊依.  计算机集成制造系统. 2018(11)
[4]电液伺服非线性控制技术研究进展综述[J]. 郭庆.  液压与气动. 2018(03)
[5]基于自抗扰控制器的电液力伺服加载系统[J]. 李建坡,高英杰,黄茹楠,刘青.  液压与气动. 2017(09)
[6]自抗扰控制:研究成果总结与展望[J]. 李杰,齐晓慧,万慧,夏元清.  控制理论与应用. 2017(03)
[7]液压位置伺服系统的自抗扰控制[J]. 王宏文,李晓阳,麻召普.  机床与液压. 2015(07)
[8]基于负载力补偿的自抗扰复合电液位置控制方法[J]. 高炳微,邵俊鹏,李建英,季亚娟.  农业机械学报. 2014(10)
[9]自抗扰控制思想探究[J]. 高志强.  控制理论与应用. 2013(12)



本文编号：3417756