基于指数趋近律的滑模变结构控制在电液位置伺服系统中的应用研究

发布时间：2020-08-13 15:21

【摘要】： 电液位置伺服系统作为控制领域中一个重要的组成部分,具有控制精度高,响应速度快,便于调节的特点,同时又能控制大惯性实现大功率输出,因而在工业控制领域得到广泛的应用。随着电液伺服技术的发展和应用领域的逐步推广,对电液伺服系统的控制要求越来越高,在诸多影响电液伺服系统的控制精度的因素中,控制策略的选择非常关键。因此研究性能良好且算法不太复杂的控制方法是提高电液位置伺服系统控制精度的一项重要措施。由于实际电液位置伺服系统中,存在外界干扰力、液压油泄漏、油液品质、油温等不确定因素,使得电液位置伺服系统是一种典型的非线性系统,动态特性十分复杂,很难建立系统的精确数学模型,因而采用传统的基于线性系统的的控制方法设计的控制器的适应性和抗干扰能力差,难以得到好的控制效果。而实际系统要求稳态误差小、快速性好、鲁棒性强,这就给控制系统的设计带来了很大的困难。为了克服这些不利因素,满足系统要求,本文将滑模变结构控制策略应用于电液伺服控制系统中,来消除非线性对系统控制性能的影响,并采用指数趋近律的抖动消除法,有效减弱了系统的抖振现象,并改善了趋近阶段的运动品质。本文以阀控缸位置伺服系统为研究对象,通过对电液伺服系统的理论分析,建立了液压系统的数学模型,计算出了系统的有关参数。利用Matlab软件中的动态仿真工具Simulink,构造了电液伺服系统仿真模型,采用s函数来描述控制器和被控对象。分别采用了PID与滑模变结构控制方法对电液位置伺服控制系统进行了对比仿真和结果分析。利用AMEsim和Simulink各自优点的联合仿真技术能更加准确的模拟实际系统的工作状态,因而本文对系统又进行了AMEsim和Matlab/Simulink联合仿真分析。仿真实验结果证明,不管是Matlab环境下的Simulink仿真还是AMEsim/Simulink联合仿真,在系统参数变化和施加外干扰力的情况下,与PID控制相比,滑模变结构控制具有更好的动态特性,对被控对象的结构和参数变化以及外干扰力,具有很强的鲁棒性和自适应能力,取得了较高的位置伺服控制精度。本文还分析了指数趋近律的参数和滑模控制器的参数变化对系统性能的影响。Simulink仿真和AMEsim/Simulink联合仿真均证明采用滑模变结构控制策略,系统具有抗参数摄动能力强,动态特性良好,鲁棒性强以及算法简单易于微机实现等优点。因此趋近律滑模变结构控制在电液伺服系统中的应用可以有效提高系统的抗干扰能力,提高控制精度,在实际工程中有广泛的应有价值。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH137
【图文】：

原理图,阀控缸,原理图,液压缸

图 3-2 阀控缸—负载原理图Fig.3-2 Valve control cylinder-Load schematic系统各环节传递函数液压缸传递函数的电液位置伺服系统采用四通阀控双出杆液压缸，下面对四通函数和动态特性进行分析研究。的推导控液压缸模型，据此可建立如下基本方程：线性化流量方程想零开口四通滑阀，四个节流窗口是匹配和对称的:

特征曲线,零位

26图 3-3 特征曲线Fig.3-3 Characteristic Curves) 求取伺服阀零位系数选取 46#抗磨液压油，密度3ρ =875 kgm，其温度为 50℃时的运动粘度5ν5 10 m = × 效体积弹性模量 700 aeβ ＝ MP,则液体粘度2μ νρ4.375 10 Pa s = = × 。查手册得知伺阀芯与阀套之间的间隙通常位于 0～6μm 之间，本文选取65 10cr m = × 。总流量压数cectpK = K+C,液压缸的总泄露系数tpC 较阀的流量-压力系数cK 小得多,所以,hζ cK 来决定.在零位时cK 值最小,从而给出最小的阻尼比。

Bode图,开环系统,物理定律,组件

图 3-5 开环系统 Bode 图Fig.3-5 Bode image of open loop system行结果图 3-5 可以看出。幅值裕度 Gm=7.2dB，相位裕度Pm=82deg定系统，但并没有达到满意的性能。小结根据对液压系统的分析，利用各种物理定律和系统中各种参数间的比例阀、液压缸、以及其它组件进行理论建模，得到系统的传递函统中测得各个组件的参数，代入公式计算后确定电液位置伺服系统计算开环增益，分析开环系统的稳定性。

【参考文献】