基于Backstepping方法的喷杆位置控制器设计

发布时间：2020-10-12 02:18

　　 在现代农业发展中,农作物的防治趋向于智能化和机械化。对于大型植保机械的投入和应用,不仅提高了喷药效率,而且减少环境污染。其中喷洒精度是农业植保的重要衡量指标之一,但是由于路况的复杂,行走中的植保机喷杆会产生不规则运动。喷杆的不规则运动可能会造成对植被的重喷或者漏喷,严重时喷杆末端触碰植被,甚至接触到地面。因此喷杆的位置控制系统的研究,对提高喷杆喷洒效率和减少环境污染有着重要的意义。本文对喷杆喷雾机的喷杆建立了一种两非对称液压缸电液伺服系统模型。分析了电液伺服系统的工作原理,以及系统中存在的非线性和参数不确定等特性。针对喷杆喷雾机在行走过程中产生的喷杆振动、倾斜和由于环境变化导致喷杆结构中不确定参数产生漂移的问题,通过构造一种新的Lyapunov函数,设计了自适应backstepping控制方法,使得喷杆喷雾机在行走过程中保证喷杆平衡以及始终与地面保持一定的高度。通过与不带有自适应的backstepping控制算法相比较,显示了该控制算法有效的抑制了因环境变化引起系统中不确定参数漂移的影响。其次,自适应backstepping控制算法没有考虑到外部扰动以及环境变化导致的其他参数漂移问题,又提出了一种自适应backstepping鲁棒H_∞控制方法。采用Lyapunov方法构造系统的存贮函数,同时设计出系统方程的线性部分“虚拟”鲁棒H_∞控制律,最终通过自适应backstepping方法设计出系统的全局控制律以及自适应律。该控制器不仅直接针对系统的非线性特性和考虑参数漂移对系统的影响进行直接设计,而且能够有效抑制外部扰动对输出的影响。MATLAB仿真表明,本文设计的两种控制算法对非线性电液伺服系统都有很好的控制性能。其中提出的自适应backstepping鲁棒H_∞控制方法还很好的弥补了自适应的backstepping控制算法没有考虑到外部扰动以及环境变化导致的其他参数漂移的不足,具有更强的鲁棒性。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S49;TP273
【部分图文】：

为接下来的控制算法提供一定的方向。本章忽略其非线性，在模型的精确性方面有了很大的提高。杆系统描述描述机之所以能够受到现代农业的欢迎，正是由于喷杆式性。其幅宽通常是在 12m 以上，甚至可任意达到 42m 具有很好的工作效率。同时又是机械作业，使得加入杆式喷雾机对于农作物的喷洒沉积量相比人工喷洒要用效率，并且减少环境污染程度。因此对于改善喷杆关心对象。因为田间作业的植保机械会因为路面不平影响施药效果，严重时可能出现喷杆末端与作物碰撞杆的结构示意图，由图中可以知道喷杆的主要组成是杆末端的超声波测距传感器、固定支架和喷杆。

图 2.2 电液位置伺服系统Fig. 2.2 Electro-hydraulic position servo system的工作原理具体为：当需要产生新的期望的负载位行适当的改变以满足期望的负载位置。将改变的指器的位置指令vx 分别转化为指令电压ru 和反馈电压偏差电压eu 。偏差电压经过放大元件的放大得到系制电压指令控制滑阀阀芯的位移，进而控制液压缸推动负载到指定位置。此时的反馈点位器的电压和滑阀阀芯就不会发生动作，液压缸的流量和液压缸稳定的。当负载的位置再一次偏离期望的设定位置器就会产生偏差，随之系统的滑阀阀芯就会发生改就会发生改变，进而使得液压缸的活塞推动负载运位置相一致。

ρ式中，dC 称为排出系数，并且有：( )220 11v cdcC CCC A A= （2.8（2）伺服阀流量分析伺服阀是一种机电转换装置，它将电驱动指令转换为执行器液压缸内的流量和压来控制液压执行机构动作。因此伺服阀主要是控制节流孔的开口方向，进而控制压缸的移动方向和行程。并且藉由控制节流孔的开口程度来使液压系统能有更加精定位的效果。伺服阀的工作原理是当伺服阀接受到伺服放大器的电压时，电压使得板发生漂移，造成喷嘴两侧的液体压力差，使得阀轴移动造成流量变化，位移传感产生相对应的电压变化，与期望的输入电压比较，直到输入电压和输出电压相同[48]如图 2.4 所示的是三位四通滑阀原理图。基于该原理图，可以将四通阀的工作原等效成一个四臂可变的全桥电路形式。
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本文编号：2837485