双阀并联电液伺服系统自适应鲁棒控制研究

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电液伺服控制系统在同等条件下相比较于电动或气动控制系统,具有较大的输出力/转矩、快速的动态响应、精确的控制精度以及更加紧凑的结构等优点,使得其在工业上得到了广泛的应用。随着电液伺服控制技术在工程上的不断深入研究和使用,业界对其瞬时流量、定位精度、动态响应等性能指标及成本提出了更加严格的要求。在大流量伺服阀的研究进展不理想且价格昂贵的前提下,本文提出将大流量带死区比例阀与小流量高频响伺服阀并联控制的方法,解决了系统在低成本下不能兼顾高精度定位控制、高动态跟随响应和大瞬时流量快速移动的问题,并针对该系统设计一种基于流量动态分配的自适应鲁棒控制(Adaptive Robust Control(ARC))算法。主要研究内容如下:(1)根据单阀控缸的理论对双阀控缸系统进行数学建模和模型分析,同时推导出了双阀控缸的流量平衡方程,并对系统中元器件的实际参数和方程中的理论参数进行计算。(2)为解决并联系统的冗余流量问题,根据系统不同运动工况,提出一种流量动态分配策略,并通过离线辨识阀的流量-信号关系式,将流量分配策略转化为控制信号分配策略。进一步的,在考虑流量动态分配的基础上,为解决控制系统的非线性、未知参数、未知建模等问题,基于双阀控制系统的流量平衡方程,研究并推导设计了双阀控制系统的ARC算法。(3)为了更加有效的体现出比例阀的死区和低频响应特性,以及液压系统本身的非线性特性对控制性能的影响,采用AMESim与Simulink对双阀并联系统和两种单比例阀PID控制系统进行联合仿真。通过分析可知,双阀并联控制系统相比较于单比例阀PID控制系统的跟踪精度有了很大的提高,在阶跃信号中,稳态最大偏差减少了93.7%,响应时间减少了13.3%;在斜坡信号中,稳态最大偏差减少了99.79%;在正弦信号中,相位差减少了95%,幅值偏差减少了91.4%。(4)搭建了试验机的整体结构和控制系统,并利用VS软件编写控制程序和操作界面。在正弦跟踪曲线下,验证了双阀控制相比较于单比例阀PID控制系统的跟踪精度有了很大的提升,其相位差减少了80%,幅值偏差减少了78.96%,验证了本文所设计的控制算法的有效性。
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