非对称阀控电液位置伺服控制系统研究

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电液位置伺服控制系统因其功率密度比大、高精度、高频响等诸多优点广泛应用于导弹系统、数控机床、航空航天、军工武器等领域。由于属于典型的非线性系统,存在参数摄动、扰动大、不易获得精确数学模型,从而影响电液位置伺服系统的动态响应速度、控制精度和抗干扰性能。基于此,本文研究了在参数摄动、随机扰动情况下的阀控非对称缸电液位置伺服系统控制策略及其实验验证。首先针对电液位置伺服系统具有强非线性、参数摄动等因素以及因系统的阻尼比较低等原因造成系统响应速度慢和跟踪性能较差,本文采用模糊自适应控制与速度正反馈、加速度负反馈相结合的复合控制策略。通过速度正反馈、加速度负反馈提高系统的开环增益及阻尼比,从而提高了系统动态响应和减小位置误差。同时利用前馈控制拓宽系统频宽,进一步减小位置跟踪误差。仿真分析可知:系统采用复合控制算法的动态响应速度比模糊PI提高了76.9%,比传统PI控制提高了近84.2%。且传统PI控制和模糊PI控制在上升过程中都存在一定震荡,而复合控制算法的曲线更加光滑,该复合控制算法使系统的动态响应速度快,减小了系统跟踪误差,减小了系统震荡,具有较强的鲁棒性。其次针对电液位置伺服系统不易建立精确数学模型、参数摄动及未知扰动大等问题,采用了一种改进自抗扰控制策略,将传统自抗扰控制器由三阶降至一阶,易获取信号,将位置误差作为控制器输入,减小了因扩张状态观测器产生的相位滞后,进而提高系统响应速度。通过对系统位置误差进行观测并予以补偿,并将系统高阶项以及未知扰动视为总扰动,以简化控制器结构。理论和仿真分析结果表明:本文所设计的一阶非线性自抗扰控制器能够实现系统的快速响应及高精度控制,对未知扰动等因素有良好的抑制能力,具有良好的控制品质和鲁棒性。最后为了验证以上控制系统的可行性,设计了系统硬件电路和上位机可视化平台,搭建了电液位置伺服系统实验平台,实验结果表明:与PID控制相比,改进自抗扰控制响应速度提高了约55.56%,抗扰能力大幅度提升,相比于传统自抗扰控制响应速度提升了约44.44%,另外,由于改进自抗扰控制引入了给定信号微分,抑制了系统的超调。本文所设计的控制器及控制策略能实现高精度位置跟踪及快速动态响应。
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