[发明专利]一种存在参数不确定性和负载干扰的电液伺服控制方法及机械臂

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于非对称液压缸执行机构的控制方法，特别是同时存在液压参数不确定性和外负载干扰情况下电液伺服执行器的状态约束控制。

背景技术

在电液伺服控制系统中同时考虑液压参数不确定性和外负载动态干扰，并且对电液伺服系统状态和系统输出进行约束。本专利采用比例积分形式的干扰观测器与参数自适应估计律相结合的方法同时估计未知液压参数和外负载干扰，采用基于障碍李雅普洛夫函数和动态面控制技术的反步控制方法实现非对称液压缸左右腔压力约束和液压缸位移跟踪误差约束，保证系统状态收敛，同时参数估计和外负载估计收敛，动态面稳定，液压动态响应性能良好，从而驱动机械臂的关节运动。

发明内容

本发明的目的是克服目前电液伺服控制方法的不足，适用于存在液压参数不确定性和外负载干扰情况下的电液伺服执行器状态约束控制，可以防止控制饱和，并提高电液伺服控制系统的动态跟踪性能。

本发明的技术方案是一种存在参数不确定性和负载干扰的电液伺服控制方法，该方法包括：

步骤1：建立非对称电液伺服执行器模型；

非对称电液伺服执行器模型为：

y＝x₁

其中

y液压缸输出位移，为输出位移变化率，p_a和p_b为非对称液压缸无杆腔和有杆腔压力，x_v为伺服阀阀芯位移，m为负载质量，p_s为供油压力，A_a和A_b为非对称缸无杆腔和有杆腔的横截面积，C_tl为液压缸总泄漏系数，V_0a和V_0b为非对称液压缸无杆腔和有杆腔的初始容积，β_e为液压油有效体积弹性模量，C_d为伺服阀流量系数，w为伺服阀面积梯度，ρ为液压油密度，K为负载刚度系数，b为液压油阻尼系数，F_L为外负载压力，K_sv为伺服阀放大系数，T_sv为伺服阀一阶响应时间常数,sgn(·)为符号函数，u为伺服阀控制电压。

由于模型(1)含有1个内部动态，因此定义2个新状态变量同时需要将模型(1)转换为严格反馈模型形式如下：

其中θ₁＝b，θ₂＝β_e，θ₃＝β_eC_tl，为4个未知不确定液压参数，

f₂₁(x₁)＝-Kx₁/m f₂₂(x₂)＝-x₂/m

g₂＝A_a/m d(t)＝-F_L(t)/m

f₃₁(x₁,x₂)＝-(h₁A_a+h₂A_bυ)x₂/β_e

f₃₂(x₁,x₃,x₄)＝-(x₃-x₄)(h₁+h₂)/β_e

g₄＝K_sv/T_sv

其中υ表示液压缸无杆腔与有杆腔面积之比，υ＝A_b/A_a。

步骤2：驱动电液伺服，实时获取电液伺服的反馈数据：液压缸输出位移、液压缸输出位移变化率、液压缸无杆腔和有杆腔的压力、伺服阀阀芯位移；

步骤3：采用高增益干扰观测器对外负载干扰进行估计；

步骤4：采用参数自适应估计律对液压未知常参数进行估计；

步骤5：采用动态面控制计算反步控制中的虚拟控制变量；

步骤6：基于障碍李雅普洛夫函数，并结合反馈数据、系统误差和、参数自适应估计值和负载干扰估计量计算反步控制律；