[发明专利]基于扩张状态观测器的电液伺服系统全状态约束控制方法

说明书

本发明提供了一种基于扩张状态观测器的电液伺服系统全状态约束控制方法，包括以下步骤：步骤1，建立双出杆液压缸伺服系统模型；步骤2，设计基于扩张状态观测器的电液伺服系统全状态约束控制器；步骤3，调节基于控制律的参数使系统满足控制性能指标。

技术领域

本发明涉及一种控制方法，特别是一种基于扩张状态观测器的电液伺服系统全状态约束控制方法。

背景技术

电液伺服系统具有控制精度高、输出功率大、信号处理灵活，易于实现各种参量的反馈，因此，在负载质量大的场合最为适合，其应用已遍及国防和工业各个领域，然而，为电液伺服系统设计高性能的控制器并不容易。因为设计人员很可能会遇到很多的模型不确定性，包括结构不确定性(参数不确定性)和非结构不确定性等未建模的非线性。这些不确定性因素可能会严重恶化能够取得的控制性能，从而导致低控制精度，极限环震荡，甚至不稳定性。对于已知的非线性，可以通过反馈线性化技术处理。但是，无论动态非线性和参数识别的如何准确的数学模型，都不可能得到实际非线性系统的整个非线性行为和确切的参数，进而进行完美的补偿。始终存在着不能够用明确的函数来模拟的参数偏差和未建模非线性。这些不确定性因素增加了控制系统的设计难度。为了提高电液系统的跟踪性能，设计人员对许多先进的非线性控制器进行了研究，如鲁棒自适应控制，自适应鲁棒控制(ARC)，滑模控制等等。特别是自适应鲁棒控制已被应用到多种工程实际中，虽然都取得了优异的跟踪性能，但是这种高精度的控制性能有可能是通过大的反馈增益取得的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于扩张状态观测器的电液伺服系统全状态约束控制方法，解决电液伺服伺服系统中不确定性和状态约束问题。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于扩张状态观测器的电液伺服系统全状态约束控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，建立双出杆液压缸伺服系统模型；

步骤2，设计基于扩张状态观测器的电液伺服系统全状态约束控制器；

步骤3，调节基于控制律的参数使系统满足控制性能指标。

采用上述方法，步骤1的具体过程为：

步骤1.1，建立双出杆液压缸惯性负载的动力学模型

m为惯性负载，y为负载位移，P_L＝P₁-P₂为负载驱动压力，P₁和P₂分别为液压缸两腔压力，A为活塞杆有效工作面积，b为粘性摩擦系数，f为其他未建模干扰，t表示时间；

步骤1.2，建立液压缸负载压力动态方程

V_t为液压缸两腔总有效容积，β_e是液压弹性模量，C_t为液压缸泄露系数，q(t)为建模误差及未建模动态；

Q_L为伺服阀阀芯位移x_v的函数：

其中，为流量伺服阀的增益系数，C_d为伺服阀的流量系数，w为伺服阀的面积梯度，ρ为液压油的密度，P_s为供油压力，

sign(x_v)为

步骤1.3，假设伺服阀阀芯位移正比于控制输入u，令x_v＝k_iu，其中k_i0是比例系数，u是控制输入电压，等式(3)可以转化为