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专利号: 2020111256977
申请人: 安徽工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电液伺服系统自适应输出反馈渐近控制方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一、针对双出杆液压缸伺服系统的特点,建立双出杆液压缸伺服系统模型;

步骤二、设计电液伺服系统自适应输出反馈渐近控制器;

步骤三、调节相关参数以使得系统满足控制性能指标。

2.根据权利要求1所述的一种电液伺服系统自适应输出反馈渐近控制方法,其特征在于,步骤一中,建立双出杆液压缸伺服系统模型的具体内容包括:根据牛顿第二定律,双出杆液压缸惯性负载的动力学模型方程为:式中:y为负载位移,m表示负载质量,PL=P1-P2是负载驱动压力,P1和P2分别为液压缸两腔压力,A为活塞杆有效工作面积,b代表粘性摩擦系数, 代表其他未建模干扰,比如非线性摩擦,外部干扰以及未建模动态;

液压缸负载压力动态方程为:

式中:Vt分别为液压缸两腔总的有效容积,Ct为液压缸泄漏系数,QL=(Q1+Q2)/2是负载流量,Q1为液压缸进油腔供油流量,Q2为液压缸回油腔回油流量,q(t)为建模误差及未建模动态,QL为伺服阀阀芯位移xv的函数:

式中: 为流量伺服阀的增益系数,Cd为伺服阀的流量系数,w为伺服阀的面积梯度;ρ为液压油的密度,Ps为供油压力;sign(xv)为假设伺服阀阀芯位移正比于控制输入u,即,xv=kiu,其中ki>0是比例系数,u是控制输入电压,因此,等式(3)可以转化为式中:kt=kqki表示总的流量增益;

定义状态变量 那么整个系统可以写成如下状态空间形式:式中:

3.根据权利要求2所述的一种电液伺服系统自适应输出反馈渐近控制方法,其特征在于:函数 关于x3是Lipschitz的。

4.根据权利要求3所述的一种电液伺服系统自适应输出反馈渐近控制方法,其特征在于,步骤二中,设计电液伺服系统自适应输出反馈渐近控制器的具体步骤如下:步骤二(一)、构建状态观测器;

首先,由系统的已知输出状态x1设计微分器,用于估计系统的未知状态x2,此微分器不依赖于系统输入和参数估计值,其结构如下:其中x1,x2分别表示输出角位移和角速度, 分别为x1,x2的估计值,c1,c2为待调整正参数; 和 分别为其中增益b1,b2>0,此外

由式(6)和(7)可得估计误差动态如下由于微分器能够保证有限时间收敛,因此在接下来的计算中,令 即 由(10)可得

负载压力观测器设计如下:

式中:为参数,可得负载压力误差动态如下式中:

5.根据权利要求4所述的一种电液伺服系统自适应输出反馈渐近控制方法,其中,步骤二中,设计电液伺服系统自适应输出反馈渐近控制器的具体步骤还包括如下:步骤二(二)设计控制器;

定义液压缸的控制误差z1=x1-x1d,z2=x2-α1,z3=x3-α2,α1和α2分别为虚拟控制律,对z1进行求导虚拟控制律α1可设计为

式中:k1>0为反馈增益,把(15)代入(14)可得对z2求导并把(6)代入可得

那么,虚拟控制律α2设计为

式中:k2>0为反馈增益,把(18)代入(17)可得对z3求导并把(6)代入可得

系统控制输入u可设计为

式中:

并且

然后可得z3的动态方程为

6.根据权利要求5所述的一种电液伺服系统自适应输出反馈渐近控制方法,其中,步骤二中,设计基于干扰补偿的电液伺服系统自适应状态约束控制器,具体步骤还包括如下:步骤二(三)、验证系统稳定性;

性能定理1:选取系统控制的初始条件满足-δlρ(0)

系统控制输入u能够保证闭环系统所有信号是有界的,系统能够实现渐近收敛,系统控制误差可收敛到0,即当t→∞时,有z1→0;

证明如下:

定义如下Lyapunov函数:

对V求导,并代入式(16)、(19)和(24),可得:由(27)可得

式中:λmin(Λ)表示矩阵Λ的最小特征值,分析式(30)可知Lyapunov函数有界,同时W积分有界,结合式(15)、(18)和(21)可知,系统中所有信号均有界,从而可知W的导数有界,由Barbalat引理可知,当时间趋于无穷大时,W趋近于零,也即控制误差量z1趋近于零;

因此控制器是收敛的,系统是稳定的。

7.根据权利要求6所述的一种电液伺服系统自适应输出反馈渐近控制方法,其中,步骤三中,调节相关参数以使得系统满足控制性能指标,具体步骤如下:调节基于控制律u的参数k1、k2、k3、c1、c2、b1、b2使系统满足控制性能指标。