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。

一种用于电液位置伺服系统控制的高阶滑模控制器的设计

这里提出了一种用于电液位置伺服系统控制的高阶滑模控制器的设计,以提高电液位置伺服系统的控制准确度。从电液伺服系统的构造出发,分析了其组成结果与工作过程。以外界输入电压为依据,求取了滑阀的动力学模型,通过液压缸两个子缸压力差值形成的负载压力,计算出了滑阀动态运动时产生的流量,并通过负载压力得出了负载的位移平衡方程,进而以滑阀位移、负载位移及输入电压等系统的状态参数,获取了电液伺服系统的动力学模型。引入超螺旋控制器和广义超螺旋控制器的一般表达形式,以输入电压误差及负载位移误差为依据,构造了系统的滑动面函数,并将滑动面函数的导师与超螺旋控制器相结合,构造了基于超螺旋控制器的滑模控制器,为了提高系统的收敛速度,在基于超螺旋控制器的滑模控制器的基础上,借助广义超螺旋控制器,构造了高阶滑模控制器,以对电液位置伺服系统进行控制。实验结果表明,所提算法不仅具有较好的响应速度,而且对电液位置伺服系统的控制准确度较高,在对目标轨迹跟踪时,所提方法比模糊干扰观测器方法的跟踪准确度提高了33.11%。说明所提方法对电液位置伺服系统具有较好的控制性能。

基于深度神经网络的电液伺服泵控系统健康评估研究

电液伺服泵控系统具备功重比高、响应快等优点,在多领域得到广泛应用,但如何针对该系统开展更有效健康评估,进一步保障系统的安全性和可靠性成为必须面对的问题。按照明确原理、建立数学模型、建立仿真模型、仿真分析的思路针对健康评估方法开展研究,提出油液体积含气量、气隙磁密、泄漏系数3个健康评估指标并确定阈值,构建了LGA(LSTM-GRNN-ANN)深度神经网络健康评估方法并进行仿真分析,结果显示该方法准确率约为97.48%,比LSTM、GRNN健康评估方法具有更高的准确率,为继续深入开展电液伺服泵控系统健康评估的研究提供了理论支持。

基于粒子群算法的数字控制伺服系统离线参数自寻优方法研究

由于伺服阀小信号流量特性存在一定散布,电液伺服系统的控制参数需要进行匹配调试,提出了一种基于粒子群算法的电液伺服系统控制参数离线自寻优方法,目标特性由控制系统任务书和人工调试结果确定,参数寻优范围根据伺服系统稳定性分析结果和批产工艺数据包络确定,寻优计算时间约为100~240 s。与人工调试相比,可以大幅提高电液伺服系统控制参数的批产调试效率。

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.

改进LuGre模型的挖掘机器人摩擦补偿控制

非线性摩擦会降低挖掘机器人电液伺服系统的动静态性能,引起轨迹爬行、平峰和稳态误差等现象。经典LuGre摩擦模型仅与速度有关,内部鬃毛状态变量无法准确测量,无法全面描述复杂的挖掘机器人电液伺服系统摩擦特性。本文综合考虑电液伺服系统位置、速度和方向等信息,设计了一种改进的LuGre摩擦模型,同时引入速度阈值解决了弹性鬃毛平均变形状态观测器不稳定问题。其次,为了解决传统优化算法陷入局部最优解、收敛速度慢等问题,通过引入惯性权重、异步变化和精英突变操作改进基本粒子群优化算法,以精准快速辨识出改进LuGre摩擦模型中的6个未知参数。最后,结合辨识出的摩擦模型,基于结构不变性原理设计前馈摩擦补偿控制器,并在23吨挖掘机器人进行了正弦和三角波不同工况下的轨迹跟踪实验。实验结果表明,传统的比例积分微分控制器跟踪误差最大,三角轨迹最大跟踪误差达到了29.68 mm,基于改进LuGre模型设计的前馈摩擦补偿控制器仅为9.70 mm,误差减小了67.31%,基于改进LuGre模型设计的前馈摩擦补偿控制器可以有效提升挖掘机器人的轨迹跟踪精度。

电液位置伺服系统的MPC控制仿真分析

电液位置伺服系统广泛应用在大负载、快速、精确反应的控制领域中,然而其存在时变非线性的特性,因此传统控制系统不能达到理想的控制效果。模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)具有无需模型、鲁棒性强、抗扰动能力强等优点,较适合应用在时变非线性系统的控制中。分别采用PID控制、线性MPC、自适应MPC和非线性MPC 4种控制策略对电液位置伺服系统的控制性能进行仿真研究。结果表明:线性MPC、自适应MPC和非线性MPC都比PID控制性能好,非线性MPC控制精度较高、响应速度较快、抗扰动能力较强,自适应MPC控制精度、响应速度和鲁棒性次之。

机翼弯曲模拟系统的建模与仿真研究

某型飞机在飞行过程中,机翼将产生最大可达3米的变形,该变形将严重影响安装在飞机机翼上钢索传动装置的操控性能,同时考虑操控性能在真实飞行过程中的成本、难度、风险问题,构建了地面机翼弯曲模拟系统。首先,构建了由16套机构组成的全机翼半物理仿真模型,各机构均安装有一套位移伺服控制系统和一套角度伺服控制系统。然后对系统的角度控制及位移控制进行了建模、仿真研究,提出了有效的前馈和模糊控制相结合的控制策略。最后搭建了实验验证系统并进行了验证。结果表明:该系统设计合理,实用性强,满足钢索在机翼弯曲变形下的操控性能测试。

基于参考模型的电液伺服位置跟踪控制

针对电液伺服系统中存在的参数不确定性与未知外部扰动等问题,提出一种基于参考模型的电液伺服位置跟踪控制方法。首先根据电液伺服系统的非线性方程建立了系统的状态空间模型,据此构建由理想参考模型和总扰动组成的控制系统结构;然后结合电液伺服系统状态空间模型分别设计理想参考模型和扰动观测器,实现参考模型输出可以精确跟踪给定输入信号和对系统总扰动的观测;最后设计控制律实现对总扰动的有效补偿和实际系统的输出对参考模型输出的精确跟踪。仿真与实验结果表明,基于参考模型的扰动观测器在电液伺服位置跟踪控制方面相比比例积分微分(PID)控制,可以有效地提高系统控制精度并减小系统动态控制误差,实现对给定输入信号准确的跟踪。

基于模糊PID的阀门电液伺服开度控制

针对电液伺服开度控制系统存在的非线性、负载扰动、时变性等问题,以蝶阀的阀门电液伺服开度控制系统为研究对象,使用AMESim软件搭建该系统的物理模型,使用MATLAB软件搭建控制模型,将二者进行联合仿真,并对常规PID控制(proportional-integral-derivative control)和自整定模糊PID控制两种算法的控制性能进行对比。实验结果表明:与常规PID控制相比,采用自整定模糊PID控制方式的电液伺服开度控制系统超调量更小,调节时间更短,准确性有很大提升,且对扰动也有很好的鲁棒性。

基于滑模观测器与径向基网络的电液位置伺服系统反步控制

针对传统电液伺服系统中存在的未知扰动、非线性动态以及参数不确定性等共性问题,提出了一种基于滑模观测器和径向基函数(RBF)神经网络的反步控制(BC)方法。首先,构建了阀控缸系统三阶严反馈状态空间模型,并采用具有有限时间收敛特性的滑模观测器,估计系统的未知速度状态和非匹配项集总扰动;然后,基于系统的严反馈模型和指令滤波技术,设计了反步控制器,利用径向基神经网络(RBFNN)补偿系统速度/扰动的估计误差、滤波偏差以及系统的匹配项扰动,并根据Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统跟踪误差的渐进有界收敛;最后,搭建了阀控缸电液控制系统实验平台,通过仿真和实验验证了该控制方法对多频率参考信号的跟踪性能。研究结果表明:该控制方法在传统PI控制器的基础上进一步改善了电液伺服系统的轨迹跟踪精度,实验跟踪误差最大值M e、跟踪误差平均值μ和跟踪误差均方值σ分别降低了66.7%、80%、83.3%;该滑模干扰观测器和RBF补偿器能够有效降低不确定性扰动的影响。

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。

电液位置伺服系统低阶自抗扰控制研究

电液位置伺服系统是一种时变非线性、外部扰动未知且数学模型复杂的高阶系统,对其采用的高阶自抗扰控制方法,需要整定参数较多,模型结构复杂,在实际工程应用中难以实现。针对这个问题,对电液位置伺服系统的一阶和二阶自抗扰控制(ADRC)性能进行研究,实现电液位置伺服系统的低阶自抗扰控制。基于Simulink建立的电液位置伺服系统的低阶自抗扰控制系统,给定阶跃和正弦信号指令,并对系统施加一个负载扰动力,分析系统的响应速度、准确性和抗干扰能力。结果表明,一阶和二阶自抗扰控制都可以使电液位置伺服系统达到稳定状态,且二阶非线性自抗扰控制系统响应速度更快,控制精度高,鲁棒性更强。

基于模型跟随自适应控制的电液位置伺服系统重构控制

航空机电系统中电液位置伺服系统(EHPSS)组件故障易引发连锁反应,对此,本文提出了一种基于模型跟随自适应控制的重构控制器。首先,根据电液位置伺服系统的组成结构、工作原理以及典型组件故障机理,分别建立其标称模型与故障模型;然后,结合模型跟随理论与Lyapunov稳定性理论,设计了模型跟随自适应重构控制器,该控制器不需要故障先验信息,仅根据故障系统的状态与参考模型状态之间的广义误差,在线调整自适应控制器参数,使得当时间趋向无穷大时,广义误差信号逐渐收敛于零,不仅可以保证系统的稳定性,还具有自适应速度快的优点;最后,通过多种故障情况下的位移跟踪试验,验证了该重构控制方法的重构控制能力和鲁棒性。本文所提出的建模与控制方法对于机电系统重构控制的未来研究具有参考价值。

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。

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。

基于内模的电液位置力复合阻抗控制策略

在液压机、矫直机等液压成型机械设备中,常常需要对工作机构的位置和压力同时控制。由于电液伺服系统位置控制和力控制在机理上不同,位置控制和力控制切换时会产生冲击,阻抗控制是实现其平滑切换的一种有效方法。考虑电液力伺服系统强非线性、参数时变等特性,提出了一种基于力内模的阻抗控制策略,在推导阀控缸力数学模型的基础上,设计了力内模控制器。该控制策略实现了位置和力的平滑切换,且力控制的动态响应性能好,鲁棒性强。

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。

基于噪声抑制的电液位置伺服系统自抗扰控制方法

测量噪声对扩张状态观测器带宽的限制是影响电液伺服系统自抗扰位置控制器性能的关键问题。为此,提出了一种基于噪声抑制扩张状态观测器的改进自抗扰控制方法。建立电液伺服系统非线性模型,通过坐标变换构造链式积分器结构,明确电液伺服系统“总扰动”。引入低通滤波器抑制高频测量噪声,利用滤波后的位置信号构建改进型扩张状态观测器,补偿滤波器导致的相位滞后,分离状态反馈与扰动估计,增加新的扰动估计调节参数,调和观测器高带宽、高估计性能与噪声放大间的矛盾。采用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真与试验结果表明,在系统受扰状态下,与传统LADRC相比,本文所提出控制方法扰动抑制能力更强,位置跟踪精度更高,为自抗扰控制器的工程应用提供了参考。