[发明专利]一种电液伺服系统模型预测控制方法及装置

说明书

本申请公开了一种电液伺服系统模型预测控制方法及装置。该电液伺服系统模型预测控制方法包括：接收电液伺服系统工作时或其数学模型仿真时所产生的力信号；通过CSA算法和GA算法优化MPC控制中的控制参数，并基于优化后的控制参数和力信号进行电液伺服系统的MPC控制。该装置包括：接收模块和控制模块。本申请解决了采用多个摇杆来输入飞行控制指令，并且由于用户与无人飞行器在物理上是分离的，控制难度高和操作繁琐的问题。

技术领域

本发明涉及电液伺服控制技术领域，具体而言，涉及一种电液伺服系统模型预测控制方法及装置。

背景技术

随着社会的发展，工业界对电液伺服系统的控制性能要求越来要高，传统的经典控制理论已经很难满足需求，因此针对电液伺服系统中的非线性特性研究出更加先进的非线性控制理论迫在眉急。

模型预测控制(MPC)是一种重要的过程控制策略。它具有处理非线性以及异常动态和约束的能力，特别是在工业控制系统中应用广泛。大多数研究人员面临的主要问题是开发一种好的影响系统行为的MPC参数的整定方法。而电液伺服系统通常用于工业控制系统中，具有良好的位置和力跟踪性能。PID控制原理简单、易于进行参数整定，但是PID控制面对电液伺服系统的非线性以及不确定性难以达到令人满意的效果。因此，针对电液伺服系统模型，开发一种新的预测控制算法显得必不可少。

为了提高电液伺服系统的预测控制精度，大量的研究者从不同方面对预测控制算法进行了研究。例如，1、针对电液伺服系统具有高出力、速度快的特点，普通PID控制显得力不从心的问题，利用系统的近似数学模型，设计了一种基于电液伺服控制系统的高速材料拉伸机，从而对系统输出提前进行预测控制，有效避免了系统延迟带来的问题,对整个系统实现了实际有效的控制；2、建立了液压伺服系统的非线性仿真模型。提出了利用优化算法对PID/PI控制器参数进行整定的方法，主要目的是获得其良好的动态和非线性性能。仿真和实验结果表明，采用PID控制器满足最小沉降时间的要求，采用PI控制器满足最小超调百分比的要求，具有一定的优越性；3、利用比例积分控制(PIC)和MPC控制的混合控制器，对电液伺服系统进行了模型估计和位置跟踪控制。通过与MPC和PIC结果的比较，验证了该混合控制器的有效性和性能优越性。实验结果表明，该系统具有良好的鲁棒性；4、提出了一种多目标粒子群优化的非线性预测控制策略(MPSO-NPC)。将多目标优化思想和非线性预测控制相结合，设计了预测调节因子。该算法具有计算负担小，实时性好的特点。基于MPSO-NPC的控制器能够有效地追踪电液伺服系统的设定输出，获得了较好的控制效果。虽然上述方法对电液伺服系统实现了有效的预测控制，但是为了保证系统的稳定性，对预测控制的参数进行优化是一项至关重要的任务

针对相关技术在中由于电液伺服系统的非线性导致PID控制难以对系统模型进行良好的预测控制的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种电液伺服系统模型预测控制方法及装置，以解决由于电液伺服系统的非线性导致PID控制难以对系统模型进行良好的预测控制的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种电液伺服系统模型预测控制方法。

根据本申请的一种电液伺服系统模型预测控制方法，包括以下步骤：接收电液伺服系统工作时或其数学模型仿真时所产生的力信号；通过CSA算法和GA算法优化MPC控制中的控制参数，并基于优化后的控制参数和力信号进行电液伺服系统的MPC控制。

进一步的，电液伺服系统的数学模型的构建包括：构建产生力的液压缸模型，以及识别力的黑箱模型。

进一步的，构建产生力的液压缸模型包括：建立液压缸的动力学数学模型并运用斯特里贝克曲线计算摩擦力的不对称性；具体如下：

压力动力学、载荷方程和活塞与缸间的摩擦力：