液压机械臂驱动关节的非线性摩擦力自适应补偿控制

液压机械臂在重载任务中至关重要,但在精细化作业中却普遍存在“力量够大、精细不足”的问题。无论采用全自主还是半自主的作业方式,精密运动控制都是实现精细作业的首要基础。液压机械臂多采用液压缸直动推动关节转动的非线性驱动关节构型,摩擦分别来自液压缸和转动轴,但现研究大多忽略直动摩擦而仅考虑转动摩擦,因而运动控制中的摩擦补偿不到位。建立了面向模型补偿控制的液压机械臂非线性驱动关节动力学模型,全面考虑液压缸和转动轴的摩擦特性,进而提出摩擦补偿控制方法。结合基于最小二乘的在线参数自适应律,设计了直接/间接自适应鲁棒控制器。最后开展多组仿真对比,验证所提控制方法对液压机械臂驱动关节控制精度的提升效果。

采用非线性流量特性补偿的直驱式变转速泵控系统轨迹跟踪控制

变转速电机-泵直驱电液系统的发展与伺服技术的提升使得泵控系统在保留高能效特性的同时,具有更高的硬件集成度和更快的响应速度;但是在低转速泵控工况下,此类系统依旧存在泵的流量非线性、流量偏差大等控制难点,使得变转速泵控系统难以完成高精度的执行器运动轨迹跟踪。为实现泵控液压缸系统的精密运动控制,提出了一种新颖的非线性流映射方案,以此得到精确的泵输出流量;同时,利用非线性自适应鲁棒反演控制策略(Adaptive Robust Controller Backstepping,ARCB)实现液压系统在高阶动力学、参数不确定性下的精确控制。试验表明,提出的控制策略可有效解决变转速泵的流量偏差问题,实现理想的控制性能和轨迹跟踪精度。

基于容腔压力规划的非模式切换负载口独立电液系统运动控制

负载口独立系统是近年来电液系统的研究热点,但该系统在控制设计上呈现“双输入单输出”特性,控制设计的灵活性是其中关键问题;现有研究主要采用模式切换方法,但不同模式下执行器同一容腔的控制目标频繁切换,易造成压力波动。为此,提出基于容腔压力规划和压力跟踪控制的负载口独立系统控制方法,首先基于液压缸理想驱动力,为有杆腔规划出连续可导的压力参考轨迹,进而为两腔单独设计压力跟踪和运动跟踪控制器,从根本上避免模式切换造成的控制目标不连续。最后,针对动态的正、负负载工况,与主流模式切换方法开展对比试验,证实模式切换导致压力波动的现象,验证此方法可以有效降低容腔压力波动幅度,使负载口独立控制系统的动态过程更为平稳。

并联式泵阀协调电液系统:对比分析与运动控制

在智能制造和节能减排的大背景下,电液系统的执行器控制精度和系统能效都十分重要。现有技术实现高精度或高能效单一目标并不困难,但同时实现两个目标仍面临挑战。从电液系统对高精度和高能效的实际需求出发,概述液压回路和控制方法两方面的相关研究现状;其次,以同时实现高精度与高能效为目标,提出并联式泵阀协调电液系统的原理方案,并与单阀芯阀控、负载口独立阀控、开式泵控等常用系统进行对比分析;进而,针对液压缸速度轨迹高精度跟踪任务,采用理想补偿的自适应鲁棒控制方法,设计速度跟踪闭环运动控制器,并从理论上证明了闭环系统的稳定性和跟踪性能;最后,开展了对比试验研究,结果证明该系统能够取得与负载口独立阀控系统相同的高精度,并显著降低系统能耗,即同时实现了高精度与高能效的预定目标。