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。