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专利号: 202011578928X
申请人: 江苏师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 流体压力执行机构;一般液压技术和气动技术
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:

1.一种举升液压伺服系统节能及位置跟踪多目标控制方法,系统结构包括比例节流阀、电磁换向阀、卸荷溢流阀,其特征在于,控制方法包括以下步骤:步骤1:根据负载提升和负载下降阶段的不同工作原理建立多模型系统数学模型;

步骤2:有机结合状态观测器和扰动观测器构造混合观测器从而得到状态变量的估计值以及匹配和非匹配扰动的估计值;

步骤3:基于状态变量估计值和匹配及非匹配扰动估计值设计鲁棒控制器并设定卸荷溢流阀和电磁换向阀的控制规则;

所述步骤1包括:

负载下降阶段的压力动态方程可表示为:其中A1是无杆腔的有效面积,h=βe/V1,V1是无杆腔的容积,βe是弹性模量,xp是活塞位移,Q1是无杆腔流量,p1是无杆腔压力,△p代表混合不确定性;

负载的动态特性为:

其中m是活塞及负载折算到活塞上的质量,A2是有杆腔面积,Bc是阻尼系数,G是物料重力,△F是负载扰动;

无杆腔流量和控制信号的关系表示为:其中kq,kx是比例节流阀的参数,ρ是油液密度,u是比例节流阀的控制信号,ar=A2/A1,△Q是混合的扰动,Qb是旁路流量,Q2是有杆腔流量;

系统状态变量定义为:

负载下降阶段时的系统构造为如下状态方程:其中 f2(x2)=hA1x2;

负载举升阶段的执行器的压力动态也表示为式(1);

负载的动态特性为:

无杆腔流量和控制信号的关系可以表示为:其中Qp是泵的流量;

负载举升阶段的系统状态方程表示为:其中 f2(x2)=hA1x2,f3(x2)=hQp;

统一的系统模型为:

其中

f2(x2)=hA1x2,所述步骤2包括:

定义了辅助状态变量 相应的匹配扰动 扩展为一个新的状态变量,即系统的状态方程改写为:

状态变量的估计值定义为 估计误差表示为另外扰动的估计值及估计误差定义为 状态观测器表示为:其中ω0是控制系数并且同时也是状态观测器的带宽;

扰动观测器定义为:

其中ε是扰动观测器的增益;

定义辅助状态变量为:

辅助变量的动态表示为:

d1的估计值根据式(13)由χ推导出来;

的动态可根据式(10)和式(12)推导出来:如果κ有界, 的上界 将随着ε变小而变小;

根据式(10)和式(11),状态估计误差表示为:其中,

T

定义ξ=[ξ1,ξ2,ξ3,ξ4] ,其中 是状态估计误差的比例缩放值;式(16)改写为:其中

其中,E为Hurwitz矩阵;存在一个合适的矩阵P满足下式:T

EP+PE=‑2I                               (18)因此所提出的状态观测器是稳定的,并且状态估计误差可以由ω0调节;另x3和d2的估计值可以表示为:所述步骤3包括:

定义滑模面为:

其中z1=x1‑xd表示跟踪误差,k1是反馈增益;

基于式(9),对式(20)进行微分得到:x3被当做虚拟输入,其对应的实际输入量α2可表示为:其中α2a是模型补偿项而α2s是系统镇定项k2是反馈增益;

定义z3=x3‑α2并将式(22)代入式(21),则式(21)可表示为:基于式(9),z3的微分可以表示为:其中 是 的可计算项, 是不可计算项;

基于式(19),实际控制信号可表示为:其中k3是反馈增益;

基于式(25)以及式(20),式(24)可以被改写为:当负载下降时,电磁换向阀处于左位以实现流量再生节能,此时卸荷溢流阀使泵卸荷;

当负载提升时,电磁换向阀处于右位,此时卸荷溢流阀不卸荷而充当安全阀。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括步骤4:根据公共李亚普诺夫方法对控制器的稳定性进行验证并对系统节能性进行分析。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤4包括:定义公共李亚普诺夫函数为:根据式(21),(24),(27),(16),(18)和(19),V的导数可表示为:式(28)可进一步归纳为如下式子:其中 ψ是剩余的项,Λ可以通过合理选取控制增益被设计为一个正定矩阵;因此,控制器是稳定的;

另一方面,系统在负载下降阶段不需要供能;在负载上升阶段,泵的供油压力取决于系统阻尼而不是一个比较高的预设值;因此,系统具有显著的节能性相比于传统举升液压伺服系统。