非对称液压缸位移伺服系统的复合控制策略与试验研究

非对称液压缸的位移伺服系统存在两腔作用面积不等、系统模型不确定等特点,给液压缸高精度位移跟踪控制造成了巨大的困难。对此,提出以速度前馈为主与位移反馈为辅的复合控制策略。设计一种新的以控制电流和阀口压差为自变量的伺服阀流量计算模型,并根据该模型设计液压测试回路,通过测试结果辨识模型中的参数。根据伺服阀流量模型与目标位移轨迹计算速度前馈控制量。基于PI控制求出位移误差反馈控制量。最后,将速度前馈和位移反馈控制量相叠加作为伺服阀的驱动电压。通过试验得出在复合控制策略下液压缸位移跟踪的最大误差与目标位移幅值之比为2.1%,相对PID控制跟踪误差明显减小。提出的控制策略为生产实际中非对称液压缸的位移跟踪控制提供了一种简单、有效的方法。

四通阀控非对称液压缸微分前馈伺服控制方法分析

非对称液压缸的左右两腔有效面积不同,导致其动态特性和控制策略相较于对称液压缸更为复杂,提出四通阀控非对称液压缸微分前馈伺服控制方法。建立四通阀控非对称液压缸的数学模型作为被控对象,设计一个微分前馈控制器应用于伺服系统,根据输入指令和反馈信号实时调整四通阀的开度,实现对非对称液压缸的控制。实验结果表明,设计方法下阀控非对称缸伺服系统跟随响应曲线的滞后时间为0.024 s,幅值衰减5%,在伺服系统控制要求的允许范围内。

四通阀控非对称液压缸系统控制器优化设计

为优化四通阀控非对称液压缸系统的动态特性,开展控制器优化设计研究。通过AMESim-MATLAB联合仿真的方法开展模型辨识,所构建的传递函数模型的位移误差平均值仅为4.31 mm,具有较高的准确度。基于伯德图进行系统的频域分析,结果表明所构建的系统是稳定的,但灵敏度和响应速度较差。设计两种最优PID控制器,基于遗传算法的最优PID控制器响应速度最快,其延迟时间、上升时间和最大超调量分别为0.152 s、0.323 s和3.43%,基于一阶模型延迟近似的最优PID控制器具有较高的控制精度,其延迟时间、上升时间和最大超调量分别为0.396 s、0.438 s和0。两种控制器均有效地改善系统的动态特性。

对称四通阀控非对称液压缸伺服系统动态特性研究

对称四通阀控对称液压缸的分析结果对对称四通阀控非对称液压缸动态特性研究已不适用。在建立对称四通阀控非对称液压缸动态数学模型的基础上 ,利用Matlab中的Simulink构建了仿真模型 ,并结合具体系统对其动态特性进行了仿真研究 ;通过试验得到了实测阶跃响应曲线和输出位移曲线。对比分析可以看出仿真结果与试验结论基本吻合 ,论证了动态数学模型的正确性 ,同时表明计算机仿真是研究该类系统动态特性的有效途径。

阀控非对称液压缸位置控制系统自适应鲁棒控制策略

针对一类模型中存在未知非线性函数以及未知参数的阀控非对称液压缸电液位置系统,设计了一种自适应鲁棒控制策略以提高系统的跟踪精度和鲁棒性能.通过引入动态面技术,液压系统的非线性控制器设计过程可以被极大地简化,同时,传统的反步法所固有的复杂爆炸问题可以被有效地避免.通过设计基于不连续投影方法的自适应律,系统中的未知参数可以被有效地估计并补偿到控制器中.利用Lyapunov稳定性理论对闭环系统的稳定性进行了分析,Simulink的仿真结果表明所提出的算法能够有效地提高系统的跟踪性能.

非对称液压缸的动态特性仿真研究

根据液流的连续性原理,通过对非对称液压缸进行受力分析,研究非对称液压缸的动态特性。在此基础上,提出非对称液压缸的数学模型,得到了液压缸阻尼比、固有频率间的关系。根据其数学模型,运用MATLAB软件对挖掘机铲斗液压缸动态特性进行仿真,得到了非对称液压缸的速度响应曲线和大腔的压力曲线,直观地揭示了其动态特性。通过对影响铲斗液压缸动态特性的主要因素的分析,提出了加快其速度响应和改善其运动平稳性的实用措施,指出降低铲斗液压缸的超调量与提高铲斗液压缸的响应速度存在矛盾,需要针对具体情况协调考虑。

非对称液压缸对称性控制

阀控非对称缸两个运动方向上系统的开环增益及某些参数的不同,使得两个方向上的动态特性不对称,这种本质上的非线性和非对称性给系统控制带来困难.PБ-211机器人后3个关节是对称阀控制非对称液压缸伺服系统,为了使机器人运行平稳和提高控制精度,在控制中必须加以适当补偿.在分析非对称液压缸工作原理基础上,考虑液压缸伸出和缩回性能不同,提出了模型参考变增益自适应控制算法对非对称液压缸进行补偿.该算法包括单神经元自适应PID控制、模型参考自适应控制和输出增益的自动调节3个部分.仿真分析和实验表明该算法可以基本实现非对称液压缸的对称性控制,较普通PID控制算法具有明显优势.

泵控非对称液压缸系统高精度位置控制方法

针对已开发的单向比例泵控非对称液压缸系统实验平台,为了实现该类系统的无超调位置控制,通过分析系统的工作原理及特性,基于系统的流量连续性方程和力平衡方程,提出采用带约束的三阶状态空间模型来描述单向比例泵控非对称液压缸系统的方法.基于模型预测控制理论和QPhild二次优化算法,设计适用于该模型的模型预测控制器来保证系统的无超调位置输出.实验结果表明,运用模型预测方法能够避免换向阀切换引入的系统非线性,有效地解决泵控非对称液压缸系统的超调问题,实现多约束条件下的高精度位置控制.

非对称液压缸位置伺服系统鲁棒控制

针对阀控非对称液压缸位置伺服系统存在参数摄动和不确定外负载的问题,提出了一种鲁棒H∞自适应反步控制器的设计方法。在设计控制器时,通过对子系统选择合适的Lyapunov函数,避免了高阶系统中对虚拟控制量重复求导的问题;使系统的跟踪误差满足鲁棒H∞性能指标,增强了系统的鲁棒性;考虑到控制输入前的不确定参数会导致所设计控制律和自适应律互相嵌套,把系统模型中的时变参数进行变量置换,并对整个系统构造了一个合适的Lyapunov函数,从而解决了该问题;最后对闭环系统的稳定性进行了证明。仿真结果表明,与PID控制器相比,所设计的控制器使系统的输出对给定信号的跟踪速度更快,具有更小的跟踪误差,且对参数变化有较强的鲁棒性。

基于预测控制的单向比例泵控非对称液压缸系统控制方法

为了解决单向比例泵控非对称液压缸系统的无超调位置控制问题,提出了采用带约束的三阶状态空间模型描述单向比例泵控非对称液压缸系统的方法,设计了一种适用于该模型的模型预测控制器来保证系统的无超调位置输出.仿真结果表明,运用模型预测方法能够避免换向阀切换引入的系统非线性,并有效解决泵控非对称液压缸系统的超调问题,实现多约束条件下的高精度位置控制.

采用状态估计的泵控非对称液压缸模型预测控制

针对伺服电机驱动泵控非对称液压缸系统存在约束和鲁棒性差等问题,提出了采用状态估计的模型预测控制策略。根据泵控液压缸系统的原理和实际要求,建立了含输入和输出约束的状态空间模型;引入模型预测控制,避免了阀切换带来的非线性,提高了约束优化控制性能;结合卡尔曼滤波器,补偿了干扰和模型误差的影响,提高了系统的鲁棒性。仿真结果表明,所设计的控制策略能够实现无偏移跟踪,保证输入不超限、输出无超调,且具有很好的处理干扰和模型失配的能力。实验结果中,液压缸位置无超调,相对位置跟踪误差约为0.5%,干扰和模型误差对控制性能的影响很小。可见,所提方法能应用于实际泵控系统,提高输入、输出约束下的控制性能,容许一定的干扰和建模误差。

非对称液压缸系统的开环系统辨识

针对非对称液压缸系统,将数学推导的方法与以PRMS信号为激励信号的最小二乘法辨识法相结合,建立了非对称液压缸系统的数学模型。通过对比研究仿真结果和系统的实际输出,调整了系统模型参数,最终结果验证了该非对称模型的正确性和可用性,同时也说明了辨识方法的正确性。

阀控非对称液压缸泄漏问题的分析研究

液压缸的泄漏是液压系统比较常见的故障。本文利用状态方程建立阀控非对称液压缸的数学模型,利用MATLAB软件对所建立的状态方程模型进行仿真分析,以确定液压缸泄漏量的变化对液压系统动态特性的影响。

基于对称四通阀控非对称液压缸的电液比例位置控制系统建模与仿真

在重新定义负载压力和负载流量的基础上,推导出了四通阀控非对称液压缸的传递函数,建立了电液比例位置控制系统的数学模型,并利用MATLAB对系统进行了校正,结合具体系统对其动态特性进行了仿真研究,仿真结果论证了系统数学模型的正确性。

电液比例对称阀控非对称液压缸的模型研究

针对阀控液压缸的建模,分析现有研究成果的特点。现有建模过程中需要线性化近似,同时负载压力、负载流量的定义多样化,虽然最终可以建立统一的传递函数,但传递函数的系数不确定性因素较大,这将直接影响高精度的应用。从工程角度出发,重新定义负载压力、负载流量的概念,推导出对称阀控非对称液压缸两个方向的传递函数,并对其进行进一步的分析,为电液比例对称阀控非对称液压缸系统的高精度应用提供了参考。

阀控非对称液压缸往返运动动态特性对比分析

伺服阀控制非对称液压缸往返运动时的动态速度特性有很大差别。笔者分别推导了阀控非对称液压缸正反两方向运动时的传递函数,得到了两种情况时阀控缸系统的速度增益,液压相对阻尼比、固有频率与负载刚度等之间的关系,并进行了对比分析。对阀控非对称液压缸的设计、仿真及控制具有积极的指导意义。

基础振动对非对称液压缸的动态特性影响分析

针对硬岩掘进机(TBM)破岩掘进过程中基础振动对非对称推进液压缸动态性能的影响,建立了非对称液压缸在基础振动下的动态响应数学模型,利用AMEsim仿真分析了不同基础振动参数下液压缸动态特性的变化规律。结果表明:基础振动降低液压缸动态稳定性,当基础振动幅值和频率组合为(3 mm,50 Hz)、(5 mm,40 Hz)、(8 mm,30 Hz)时,液压缸压力波动值约为无基础振动时无杆腔压力稳定值20 MPa的10%,达到液压缸正常工作允许的压力波动临界幅值;活塞位移波动趋势与压力波动趋势一致,波动幅值与振幅或振频成正相关,为降低基础振动对液压缸动态特性影响提供依据。

比例流量阀控制非对称液压缸同步的仿真分析

本文介绍了一种由双比例阀控制双缸同步的方法 ,讲述了该方法的工作原理 ,推导出比例阀控制非对称缸的动态响应数学模型 ,并给出同步误差数学表达式。应用该模型及表达式 ,通过动态系统仿真软件包SIMULINK建立了通用液压元件的非线性仿真模型 ,实现了图形化交互方式下的系统仿真模型构建和元件参数修改 。

阀控不对称液压缸系统改进控制策略研究

非对称液压缸具有占据空间小、制造简单且成本低廉等优点,在液压系统中应用极为广泛。但是,在液压伺服系统中,特别是在采用零开口伺服阀控制的阀控缸系统中,由于非对称液压缸活塞两侧的承压面积不同,当伺服阀阀芯在零开口附近做振荡时,液压缸两腔交替供油,活塞运动方向发生交替变化,此时液压缸两腔会产生压力突跳,产生系统振荡及爆振现象,严重时导致管道破裂等情况发生,不仅影响系统的稳定性,使系统无法正常工作,甚至导致液压系统及主机结构破坏。该问题在采用液压系统计算机仿真设计时很容易被忽略,造成设计失败。分析一个实际零开口对称伺服阀控不对称液压缸的液压系统设计案例,对对称阀控制不对称液压缸进行了不相容性分析,明确系统产生"爆振"的原因,以及提出该设计失败后的改进方案。

基于梯度校正法的非对称液压缸建模与参数辨识

针对导弹起竖阀控非对称液压缸系统,通过理论推导得到该系统的数学模型,用FESTO液压实验平台搭建液压回路模拟起竖液压系统,采集输入输出数据,用梯度校正法进行参数辨识,得到液压缸位移和控制信号的三阶传递函数,并进行了算法验证,证明了该方法的正确性和可行性。