不确定电液伺服系统的时变输出约束自适应滤波控制

针对电液伺服系统位置跟踪控制中存在的输出约束和不确定性问题,提出一种基于正切型时变障碍Lyapunov函数的输出约束自适应滤波控制方法。构造具有时变约束边界的正切型时变障碍Lyapunov函数,通过时变边界函数的参数设置,使系统输出具有较好的瞬态和稳态性能;设计径向基函数(RBF)神经网络及权重自适应学习律,在线逼近由模型不确定性和未知干扰组成的复合干扰,并将逼近值用于反馈控制;采用二阶指令滤波反步法设计状态反馈控制律和误差补偿机制,避免反步设计中“计算爆炸”的问题,同时消除滤波误差,提高系统位置跟踪精度;依据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统中所有误差信号的收敛性。仿真结果表明:系统的稳态误差在所提方法下约为3.48×10^(-8)m,相比于其他控制方法,跟踪误差始终约束在时变的约束边界内,跟踪精度和控制性能均得到提升。

电液伺服系统多PID控制器参数整定优化

为了解决挖掘机器人动臂、斗杆和铲斗不同电液伺服系统中多个比例–积分–微分(PID)控制器参数优化的难题,提高挖掘机器人铲斗齿尖轨迹跟踪精度,采用改进的粒子群算法(PSO)对多PID控制器参数进行整定优化.首先,建立电液伺服系统的数学机理模型,在理论模型的基础上,采用递推最小二乘辨识法(RLS)得到实际的机理模型.其次,提出一种改进的PSO算法,采用非线性自适应惯性权重、引入异步变化策略、设计精英变异方法.接着,搭建仿真验证平台,跟踪正弦轨迹,比较传统Z-N参数整定方法、基本PSO算法和改进PSO算法的差别.最后,以挖掘机器人最常见的整平为代表工况,基于23 t挖掘机器人实验平台进行实验验证.实验结果表明,改进PSO算法的跟踪精度最高,与基本PSO算法相比,明显提高了轨迹跟踪精度.

电液伺服系统非线性控制方法研究

电液位置伺服系统由于其控制精度高、响应速度快、输出功率大的特点而被广泛应用于军事和工业生产中,但是伺服阀的压力流量特性、活塞与液压缸之间的摩擦,以及系统中存在的非匹配干扰等都反映出系统是具有强非线性的。文中利用Matlab软件对电液位置伺服系统进行控制和仿真,通过仿真结果比较分析PID控制算法、反步控制算法及反步法和NDOB(非线性干扰观测器)结合的控制方法对于控制这种具有强非线性系统的优劣。通过仿真结果可以看出,反步法与NDOB(Nonlinear Disturbance Observer)结合的控制策略对系统的控制精度要比反步法和PID的控制效果好、精度更高。

基于双层CESO的电液伺服系统线性自抗扰控制

针对含高频噪声的阀控非对称缸不确定扰动抑制问题,采用扰动频率分层技术,利用线性扩张状态观测器低通滤波特性以及扰动估计速度和精度与带宽取值正相关性的特点,提出一种基于双层级联扩张状态观测器的阀控非对称缸电液伺服系统线性自抗扰方法。在分析双层级联线性扩张状态观测器稳定性基础上,与传统线性自抗扰控制方法进行了仿真对比研究。仿真结果表明:该控制方法继承了传统自抗扰控制优点,提高了不确定扰动估计速度和精度,有效抑制了含高频测量噪声不确定扰动带来的不利影响,可实现阀控非对称缸电液伺服系统的高性能控制。

电液伺服系统摩擦参数辨识与补偿控制

针对非线性摩擦造成挖掘机器人电液伺服系统稳态误差和低速爬行的问题,需要精准辨识摩擦以进行摩擦补偿。首先,将Karnopp速度阈值理论引入经典Stribeck模型,建立挖掘机器人电液伺服系统非线性摩擦模型,并根据非对称液压缸力平衡方程建立目标函数,测量不同恒定速度下有杆腔和无杆腔的压力计算实际摩擦力;其次,优化遗传算法的适应度、交叉概率和变异概率,分别采用改进遗传算法和基本遗传算法对摩擦模型中4个未知参数进行辨识;最后,结合前馈补偿控制器进行正弦轨迹跟踪实验。结果表明:所提出的改进遗传算法辨识精度最高,相较于基本遗传算法,模型误差减少了34%;2种摩擦模型下的正弦轨迹跟踪误差分别为26 mm和59 mm,验证了所提出的摩擦模型在提升挖掘机器人性能上的优越性。

未知干扰下电液伺服系统模型预测控制

电液伺服系统采用阀控双出杆液压缸的数学模型,针对系统的非线性、不确定性与未知干扰等问题,提出一种基于干扰观测器的模型参数变化的模型预测控制方案。为了处理阀控双出杆液压缸负载流量系统非线性特性和负载压力时变的问题,采用预测模型时变的模型预测控制策略。把系统建模误差、未建模摩擦不确定性和外界扰动作为系统混合未知干扰,对混合干扰采用指数收敛干扰观测器进行在线观测,观测结果对预测模型进行实时补偿。仿真结果表明,所提方法对干扰和不确定性有很好的鲁棒性,具有较高的控制精度。

连续性电液伺服系统位移轨迹的滑模跟踪控制

为解决电液伺服系统在零位附近运动时,系统跟踪活塞杆位移轨迹出现抖振问题,提出一种改进连续性电液伺服模型,采用滑模控制方法设计切换超平面和趋近律,在同一大气压下,建立电液伺服系统滑模跟踪控制器,将连续性电液伺服系统和传统的电液伺服系统进行建模仿真,分析电液伺服系统位移轨迹的跟踪控制精度。结果表明,在活塞杆位移跟踪轨迹时,相比传统电液伺服系统,连续性电液伺服系统平滑了2 kHz的抖振现象,且位移跟踪精度提高了5%。

考虑电液伺服系统建模不确定性的一种自适应控制方法

电液伺服系统因具有功率重量比大、响应快、刚度大、维护成本低等优点,广泛应用于工业生产、航空航天、机械制造等领域,在飞行器结构静力/疲劳强度试验中发挥着重要作用。然而,电液伺服系统复杂的物理特性使得对其建立精确的动力学模型非常困难,这为控制器设计带来了很大挑战。本文考虑到电液伺服系统的建模不确定性,基于系统状态空间方程,利用反步法设计了一种自适应鲁棒控制器,在控制过程中系统模型不确定部分能够自适应估计和在线更新。最后,在搭建的仿真平台上进行了跟踪仿真试验,并与PID方法进行对比,验证了所提方法在控制过程中具有更快的响应速度和更高的控制精度。

电液伺服系统一种动力学建模方法

电液伺服系统具有响应速度快、输出功率大、抗冲击性好等优点,广泛应用于飞行器结构强度试验中。然而,因特殊物理结构,电液伺服系统具有复杂的非线性、时变性和不确定性,这为其动力学建模和控制器设计带来了很大的挑战。本文通过分析系统各个部件的物理学特性和工作原理,分别建立了伺服阀流量方程、非对称液压缸流量方程和液压缸力平衡方程。经过一系列数学变化,将动力学方程进一步转化为系统状态空间方程,便于未来工作中对系统进行基于模型的控制器设计。最后,进行了系统仿真平台的搭建,并采用PID控制器进行跟踪控制仿真试验,验证了所提模型的有效性。

电液伺服系统驱动机械臂的自适应反步法控制

在实际应用中,电液伺服系统存在非线性和参数不确定的特性,并且在作动器运动过程中可能受到外部随机干扰,会对电液伺服系统的控制造成较大影响。为了改善电液伺服系统在参数不确定性和未知扰动(即水力参数和外部负载)下的动态行为。首先,利用基于李亚普诺夫的反步法对电液伺服系统进行控制。然后,利用基于李亚普诺夫的参数自适应反步法对外部随机干扰和系统非线性进行抑制或补偿的控制方法进行了研究,比较了这两种控制策略的优缺点。表明了基于李亚普诺夫的的参数自适应反步法对于多个未知参数的情况下进行估计系统仍能保证具有的良好性能。

基于扩张滑模观测器的电液伺服系统鲁棒控制

为了提高电液伺服系统(EHSSs)控制性能,考虑外部干扰力、摩擦力、参数变动、结构振动及未建模特性等系统不确定性,构建系统状态空间模型.为了应对系统不确定性,提出新型扩张滑模观测器(ESMO),用于同时估计系统全状态和系统不确定性,并结合等值注入原理及饱和函数进行合理优化.利用系统不确定性的估计值,在反步控制设计中引入障碍Lyapunov函数,将系统的跟踪误差约束在一定范围内,结合参数自适应律,提高系统控制性能.为了验证所提控制方法的性能,在MATLAB/Simulink软件平台构建仿真模型,进一步地,搭建电液伺服系统实验台及实时控制系统,进行仿真和实验验证.结果表明所提方法的性能优于基于障碍Lyapunov函数的反步控制器及传统的反步控制器.

并联机械手集成电液伺服系统同步控制研究

为了提高并联机械手集成电液伺服驱动系统控制反应速度,降低末端执行器输出误差。介绍了一种具有三个独立控制的集成电液伺服驱动器,利用并联机械手的逆向运动学的表达式,推导出集成电液伺服驱动的平移并联机械手动力学模型。利用两个独立离散PI和PD控制器控制并联机械手输出力和位置,使驱动并联机械手三个液压缸输入电压控制信号保持同步。通过控制系统仿真软件对液压缸电压输入信号和末端执行器位置输出结果进行仿真。结果显示:采用同步控制方法,并联机械手集成电液伺服系统电压输入控制信号和末端执行器位置跟踪误差较小。采用同步控制方法,可以提高并联机械手集成电液伺服系统的自适应调节速度,提高末端执行器轨迹跟踪精度。

基于互联与阻尼分配框架的电液伺服系统轨迹跟踪策略

在中大型挖掘机电液伺服系统中存在复杂耦合非线性、模型不确定性,以及外部载荷不确定性等因素,都会造成挖掘机轨迹跟踪误差大,导致电液伺服系统的动态性能差。针对这一问题,提出了一种基于互联和阻尼分配(IDA)框架的反演控制器,以提高挖掘机工作装置在挖掘任务中的跟踪性能,并加强其鲁棒性。首先,利用先导阀、阀控非对称缸和阀控非对称缸模型构建了电液伺服系统的状态空间模型,并进一步基于哈密顿理论将该状态空间模型构造为具有扰动的三阶开环端口哈密顿系统(pH)。根据从pH系统中获得的互联矩阵和阻尼矩阵结构,逐步设计了虚拟控制信号,得到了控制律;然后,构造了一个匹配方程,以简化在其他系统上的设计和计算过程,并将期望的能量函数作为候选李雅普诺夫函数,根据李雅普诺夫稳定性定理证明了闭环系统在期望轨迹上的收敛性和稳定性;最后,以挖掘机铲斗及其电液伺服系统为对象,采用数值仿真实验验证了基于IDA框架的反演控制算法的轨迹跟踪性能。研究结果表明:在不考虑模型不确定性的情况下,所提出的控制器与其他三种控制器相比,在位置控制上的收敛速度可提高1.9%~6.3%;在轨迹跟踪上可保持优秀的收敛速度,且最大跟踪误差降低70%~81%;在模型不确定和时变负载的情况下,所提出的控制器与其他三种控制器相比,面对冲击时的最大跟踪误差仅增加0.004 m,调节所需控制输入降低4%~20%。这表明上述控制算法具有更优秀的综合跟踪性能和更强的鲁棒性。

基于AMESim的能源冗余电液伺服系统建模及故障模拟仿真

针对一种应用于航天领域的能源冗余电液伺服系统,建立了从溢流阀、限流阀、能源选择阀等关键阀门元件到伺服系统的AMESim仿真模型并进行仿真分析,仿真结果与理论设计结果相符。建立双机互联冗余伺服系统仿真模型,对一路溢流阀失效无法建压的典型故障模式进行模拟仿真。结果表明:在该情况下能源选择阀发生了切换,引入另一路能源为伺服机构供油,保证整个系统正常工作,验证了伺服系统能源冗余切换功能原理的正确性。建立的仿真模型具有实际参考价值,也能用于其他故障失效模式下的仿真分析。

船舶舵机电液伺服系统故障隔离研究

为进一步探究如何提升船舶舵机电液伺服系统的运行质量,从故障诊断的角度着手,探究如何对常见的阀控型船舶舵机电液伺服系统进行故障隔离,以提升故障诊断效果。基于实际需要,通过建模分析后,成功建立一种多观测模型同步协作的故障隔离方法。从仿真测试结果来看,各个观测模型在故障隔离方面发挥出较优性能,证明了该故障隔离方法在理论上的可行性,预计该方法在后续工作中也将具有潜在的实际应用价值。

电液伺服系统力轨迹反馈线性化滑模跟踪控制研究

针对电液伺服系统执行器的负载、液压油黏度和系统压力等发生变化时,对电液力控制系统的跟踪性能会造成影响,且传统的滑模控制器在跟踪电液力轨迹时容易出现振颤现象等问题,设计一种反馈线性化滑模控制器,用于对电液伺服系统的力轨迹进行精确跟踪控制研究。根据液压流体的作用原理,建立阀的流量数学模型和液压缸的数学模型。在负载的力作用下,建立液压缸与负载力平衡的数学模型,将设计的反馈线性化滑模控制方法和传统的PID控制方法在MATLAB/Simulink平台进行建模仿真实验对比。结果表明,在追踪电液力轨迹时,相比PID控制方法,反馈线性化滑模控制器能够显著提高电液伺服系统的力轨迹跟踪精度。

基于自抗扰控制的直驱电液伺服系统仿真研究

针对直驱式电液伺服系统中存在的非线性特性和外部扰动导致系统流量供给不平衡问题,基于自抗扰控制理论,提出一种基于三阶线性自抗扰控制的液压缸位置控制方法,实现直驱式电液伺服系统电机转速与液压缸位置的闭环控制。同时针对传统系统建模不精确导致控制效果差的问题,在理论分析的基础上,结合电液伺服系统的性能和实际工况,基于AMESim建立直驱式伺服液压系统仿真模型。通过建立AMESim和Simulink的联合仿真模型,验证控制器的有效性。结果表明:该控制策略可以有效消除由于流量供给不平衡导致的液压缸在换向运动时出现位移波动,液压缸位移的平均绝对百分比误差为4.4%,较好地实现位置跟踪。在外负载扰动的情况下,系统具有较强的抗干扰能力,从而保证系统的稳定性。

一种用于精确控制并联双级缸的电液伺服系统

为了保障国内某大型风洞模型支撑机构运行,特研制一套电液伺服系统,用于精确控制两并联双级油缸。该特殊电液伺服系统在油源系统、伺服控制油路、电控系统等方面采用诸多巧妙设计,不仅能很好满足大惯性、大载荷、大流量跨度的特殊工况,而且有效解决了油缸两腔面积比超大的可控性、并联双级油缸的运动同步性与精确定位能力、系统运行安全性等关键问题。

基于改进人工水母搜索算法的电液伺服系统控制研究

电液伺服系统是工业制造领域不可或缺的一部分,它是一个复杂的时变非线性系统,常规PID在实际工业控制中存在参数调节难度大、效率低等问题,很难达到理想的控制结果。针对以上问题,提出一种改进人工水母搜索算法来优化PID控制器参数的方法,将蝴蝶算法中随机移动概念引入到人工水母算法中,并将其和PSO算法、标准人工水母搜索算法进行对比分析,利用MATLAB软件搭建PID控制模型。仿真结果表明:运用改进人工水母搜索算法能高效、精确、快速地寻优出PID控制器的最佳参数,并展现出了鲁棒性好、调节时间少、运行相对稳定等优点,系统的控制性能得到了显著提升。

机械臂电液伺服系统双闭环稳定性控制方法研究

机械臂电液伺服系统是一种可控大功率输出、响应速度快的机电液控制系统,针对工业机械臂大功率高负载工况下机械臂电液伺服系统稳定性下降的问题,在机械臂电液伺服系统结构基础上,构建了电液伺服系统的扩张状态观测器,利用窗口平移检测稳定性分析方法分析其稳定性,采用数模结合的双闭环控制方法,通过内环模拟流量控制、外环数字速度控制来提升电液伺服系统的稳定性,最后在机械臂电液伺服系统实验平台对控制方法进行验证,通过分析实验数据,验证了所设计的双闭环稳定性控制方法能够快速提高电液伺服系统的稳定性和响应速度。