[发明专利]基于扩张状态观测器的电液伺服系统模型预测控制方法

权利要求书

1.一种基于扩张状态观测器的电液伺服系统模型预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立液压系统的动力学数学模型并运用一阶欧拉法将其离散化；具体如下：

步骤1-1，对于电液伺服系统，其通过一个阀控的液压作动器驱动惯性负载；因此，根据牛顿第二定律，该系统的运动方程为：

式(1)中：m为惯性负载质量；P_L为液压缸两腔的压差；B为粘性摩擦系数；A为液压缸有效活塞面积；f(t)是其他未建模摩擦及干扰；y为惯性负载的位移；t为时间变量；忽略液压马达的外泄露，则液压作动器的压力动态方程为：

式(2)中：V_t为作动器两腔体积之和；β_e为液压油的有效弹性模量；C_t为内泄露系数；Q_L为负载流量；q(t)为模型误差；由于使用了高响应的伺服阀，这里假定控制输入与伺服阀的阀芯位移成比例关系，即x_v＝k_iu；因此Q_L与控制输入之间的关系为：

式(3)中：k_t为总的流量增益；P_s为系统供油压力；C_d为流量系数；ω为阀芯面积梯度；ρ为油的密度；k_i为比例系数；其中sign(u)被定义为：

步骤1-2，定义状态变量：则系统的状态方程为：

式(5)中：

C＝[1 0 0]，

d(t)是系统总的干扰；采用一阶欧拉离散方法可以得到：

式(6)中：T_s为采样时间，A_d＝I_3×3+T_sA，B_ud＝T_sB_u，B_dn＝T_sB_d，C_d＝C；I_3×3为三阶的单位向量；

假设如下：

假设1：系统中总的干扰，可通过观测器估计出，其中观测器的估计误差在控制器的设计中不予考虑，即：

式(7)中：为观测器的估计干扰；w(k)为观测器干扰估计误差；

假设2：根据模型预测的原理，需要用最新的测量值作为输入的初始值，通过某一时刻来预测未来时刻；因此设定预测时域为N_p,系统的控制时域为N_c且N_c≤N_p；为了控制器的后续设计需假设：

步骤2、基于数学模型设计具有状态约束的模型预测控制器；

步骤3、基于数学模型设计离散扩张状态观测器。