具有输入饱和的电液伺服位置系统鲁棒控制研究

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电液伺服系统具有功率-体积比大、反应速度快、抗干扰能力强等优点,被广泛应用工业、民用、国防等领域。但是系统本身具有的强非线性、不确定性和外部扰动给控制器的设计带来了一定的困难。本文研究了具有不确定参数、未知负载扰动和输入饱和非线性的对称缸电液伺服系统和非对称缸电液伺服系统的位置跟踪控制问题。本文的主要内容如下:首先针对具有不确定参数、未知负载扰动和输入饱和的对称缸电液伺服系统,给出了一种自适应模糊反步位置跟踪控制算法。在该算法中,利用自适应模糊系统估计电液伺服系统中的不确定部分,估计误差和外部扰动对系统的影响由鲁棒控制项进行抑制,并通过引入一个辅助误差系统来处理输入饱和非线性给系统带来的不利影响。为利于控制器的实现,在反步设计过程中引入了指令滤波技术,提出了基于指令滤波的自适应模糊反步控制算法。理论分析和仿真结果表明所提出的算法对系统不确定性具有较强的鲁棒性。其次针对非对称缸电液伺服位置系统,提出了一种基于扩张状态观测器的反步滑模控制器设计方法。将电液伺服系统中的参数不确定部分、外部扰动以及由输入饱和引起的非线性项视为复合干扰,通过构造基于滑模的二阶扩张状态观测器对其进行估计,并在所设计的控制器中进行补偿;该方法无需已知复合干扰的上界,在降低控制器设计保守性的同时也减小了由滑模引起的抖振现象。理论分析和仿真结果表明该方法对不确定性和干扰具有较强的鲁棒性,位置跟踪效果较好。然后针对非对称缸电液伺服位置系统,提出了一种基于干扰观测器的自适应鲁棒控制方法,该方法设计的基于投影算子的自适应律和干扰观测器分别用于估计系统中的不确定参数和未知干扰,同时采用鲁棒控制项补偿估计误差。在控制器设计过程中,利用二阶滤波器降低了控制器的复杂度,通过引入辅助误差系统抑制了输入饱和非线性带来的不利影响。理论分析表明,在所设计的控制器的作用下,闭环系统有界稳定,跟踪误差最终收敛到原点的一个充分小的邻域内。仿真结果表明所设计的控制器能实现较好的跟踪效果。最后,为验证针对对称缸电液伺服系统所提出的控制算法的有效性,基于dSPACE实验平台进行了半实物仿真实验研究,实验结果表明所设计的控制器能实现较好的位置跟踪。
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