液压位置伺服系统的模型辨识和滑模变结构控制

发布时间：2018-06-17 18:06

本文选题：液压位置伺服系统 + 趋近律滑模　；参考：《西安理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：液压伺服系统由于具有响应速度较快、控制精度较高、功率体积比较大、承载能力强以及抗负载刚性大的多种优点,被广泛地应用于机器人、汽车、航空航天和国防工业等领域。液压系统通常被当做执行机构,例如数控机床运动控制、轧机的压下控制系统以及车辆的主动悬挂系统等等。但是由于油液温度的变化,比例阀的非线性,液压缸的摩擦力等因素,使液压伺服系统高性能跟踪控制比较困难,从而限制了液压系统在高性能伺服领域的应用。由于液压位置伺服系统存在着时变参数和外界干扰引起的不确定性,系统参数难以确定,而且随着工况、压力、流量等参数的变化而发生变化。这些时变不确定参数需要所设计的控制器具有较强的鲁棒性和适应能力。因此,在控制器设计过程中降低对模型参数的依赖,并提高对时变因素的适应能力,是高性能控制研究的关键任务。针对Festo液压位置伺服系统进行数学建模和模型辨识。辨识得到的模型参数作为后续控制器的设计参数标称值。针对Festo液压位置伺服系统,分别采用三种工程整定PID参数的方法,先对系统的模拟PID参数初步整定,然后针对不同的控制度(即采样时间)进行数字PID控制器的参数整定得到针对液压位置伺服系统的扩充工程整定表格。并利用工程整定表格得到的PID参数稳定跟踪三种期望曲线。针对传统滑模控制的控制律和滑模面分别做了改进。其中,控制律引入了基于边界层的鲁棒项用于削弱抖振。滑模控制面分为线性滑模面和非线性滑模面,对于线性滑模面,设计了基于趋近律的滑模控制器。对于非线性滑模面,针对液压位置伺服控制系统这样的高阶单输入单输出的系统,提出两种快速终端滑模控制器,并分别利用Lyapunov函数及相关引理证明了所设计控制器的稳定性和跟踪误差的渐近收敛性,实验验证了这两种变结构控制方法的有效性。针对液压位置伺服系统的非线性和内部参数的不确定性,将自适应反步的思想和滑模面结合起来,从而提高了系统的鲁棒性。通过选取Lyapunov函数和中间虚拟量,设计得到自适应反步滑模控制器,并得到参数的自适应律。最后对系统的稳定性和跟踪误差的收敛性进行了证明。经过实验验证可知,其跟踪效果与PID控制器和滑模控制器相比较,该方法跟踪误差小,响应速度快,跟踪性能好。在只有液压缸输出位移可测的情况下,利用比例阀控制非对称液压缸的线性化模型,提出一种基于极点配置的输出反馈自适应控制。通过构造观测器和引入增广误差得到控制规律和自适应规律保证跟踪误差的全局收敛性。实验结果表明,该方法仅利用系统输出信息,在存在测量噪声和未知模型参数的情况下实现对输出的跟踪控制。输出反馈自适应控制方法具有更高的跟踪精度和更快的响应速度,实现了对三种期望信号的准确跟踪。最后,将本文提出的六种控制方法进行了对比实验,并对跟踪效果进行了定量比较。实验结果表明,输出反馈自适应控制方法在控制初期参数由于调整的过渡过程会使输出出现振荡,但进入稳态过程后其控制精度最高。反步自适应滑模控制方法的控制精度仅次于输出反馈自适应控制方法。由于液压系统的频带较高,因此滑模控制的高精度和弱抖振不可兼得,为了抑制抖振其跟踪误差也会增大。PID控制方法的跟踪响应慢,跟踪误差较大。
[Abstract]:The hydraulic servo system is widely used in the fields of robot , automobile , aerospace and national defense industry . It has been widely used in the fields of robot , automobile , aerospace and national defense industry . The experimental results show that the output feedback adaptive control method causes the output to oscillate due to the adjustment of the initial parameters , but the control accuracy is the highest after entering the steady state process . Because of the high frequency band of the hydraulic system , the precision of the sliding mode control and the weak buffeting can not be combined . In order to suppress the buffeting , the tracking error is increased . The tracking response of the PID control method is slow and the tracking error is larger .
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH137;TP273

【参考文献】