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专利号: 2021108503687
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输出反馈预设性能控制方法,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、设计电液伺服系统输出反馈预设性能控制器;

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输出反馈预设性能控制方法,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为负载质量,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表示粘性摩擦系数, 代表其他未建模干扰。

液压缸负载压力动态方程为:式中:Vt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。

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(●)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输出反馈预设性能控制方法,其特征在于:函数φ(u,x3)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输出反馈预设性能控制方法,其特征在于,步骤二中,设计基于电液伺服系统输出反馈预设性能控制器的具体步骤如下:步骤二(一)、构建状态观测器;

首先,由系统的已知状态x1设计微分器,用于估计系统的未知状态x2,其结构如下:式中: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>0和c2>0为待调整参数; 和 分别为式中:增益b1,b2>0,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(9)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输出反馈预设性能控制方法,其中,步骤二中,设计电液伺服系统输出反馈预设性能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。令满足下式,其中当t≥0时, 并且这样控制误差z(t)就会被约束在性能函数的界内。

满足上述情况的性能函数可构建如下式中: a>0为常数, 为跟踪误差收敛系数, 和 分别为跟踪误差的最大界和稳态误差界。

为了实现系统的预设性能控制,如下定义χ1(t)式中: 参数 和 满足

对χ1(t)进行求导,可得虚拟控制律α1可设计为

式中:k1>0为反馈增益, 把(17)代入(16)可得定义函数χ2(t)如下

式中: 参数 和 满足

对χ2(t)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(21)代入(20)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:

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输出反馈预设性能控制方法,其中,步骤二中,设计电液伺服系统输出反馈预设性能控制器,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:选取参数C1的选取满足如下不等式同时选取合适的参数k1,k2,k3和C1,使得如下矩阵Λ为正定矩阵当自适应函数设计如下时,

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(12)、(18)、(22)和(26),可得:把(29)代入上式,可得

式中:λmin(Λ)表示矩阵Λ的最小特征值,分析式(32)可知Lyapunov函数有界,同时W积分有界,结合式(18)、(22)和(26)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输出反馈预设性能控制方法,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。