【摘 要】
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电静液作动器(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)作为一种具有集成化、节能化和智能化优势的泵控作动一体单元,起源于航空领域。近年来,随着环保和排放政策的收紧,EHA逐渐被工业领域青睐。对EHA而言,基于转速环的控制简单方便,在工业应用中较为普遍;基于电流环的控制则更加灵活,有利于拓宽EHA应用场景。因此,本文一方面基于转速环进行自抗扰位置控制研究,以期解决目前存在的控
【基金项目】
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河北省自然科学基金面上项目“面向重载足式机器人的一体式数字液压作动器基础理论研究”(E2018203028);
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电静液作动器(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)作为一种具有集成化、节能化和智能化优势的泵控作动一体单元,起源于航空领域。近年来,随着环保和排放政策的收紧,EHA逐渐被工业领域青睐。对EHA而言,基于转速环的控制简单方便,在工业应用中较为普遍;基于电流环的控制则更加灵活,有利于拓宽EHA应用场景。因此,本文一方面基于转速环进行自抗扰位置控制研究,以期解决目前存在的控制问题的同时获得工业中实用的EHA位置控制方法。另一方面,为了减少硬件成本和拓宽应用场景,基于电流环提出EHA无编码器位置控制的思想并进行自抗扰位置控制研究。本文分别基于电机转速环和电流环围绕EHA的位置控制完成以下主要研究工作:(1)开展EHA非线性建模研究。针对EHA存在的死区特性和摩擦非线性特性,本文建立考虑死区与滞后特性的液控换向阀模型和基于Stribeck摩擦模型的液压缸运动模型,得到包含非线性特性的EHA数学模型。(2)提出一种在转速环下的分段复合自抗扰控制(PC-ADRC)方法。所提方法针对EHA在位置控制中难以兼具快速性与准确性的现状,结合EHA相位裕度小而宽的特点,将余弦非线性函数应用于EHA的控制,相比于线性PID加快27.72%的调整时间。通过阶跃信号下的对比实验验证所提方法的快速性、准确性和鲁棒性。(3)提出一种在转速环下的基于线性扩张状态观测器的自抗扰控制(LESOADRC)方法。所提方法针对EHA死区和非线性严重的特性,基于自抗扰控制技术补偿系统扰动,使得控制结构简洁高效。通过正弦信号实验验证了所提方法对于EHA的死区和非线性具有较好的补偿作用。(4)提出一种基于电流环的无编码器自抗扰控制(NE-ADRC)方法。为实现EHA的无编码器位置控制,本文提出一种线性动态跟踪微分器,将跟踪微分器对位移阶跃的静态规划变为动态规划,从而实现速度的可控性和规划速度与误差收敛的无差关联。实验结果表明该方法在轻载下具有较高的位置控制精度。
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