[发明专利]一种电液伺服系统摩擦补偿控制方法

说明书

本发明公开了一种电液伺服系统摩擦补偿控制方法，该方法首先采集电液伺服系统的系统流量、供油压力、加速度等信号，利用改进LuGre摩擦模型对系统摩擦进行建模，应用遗传算法离线辨识其参数，并利用辨识模型产生的估计值进行前馈补偿；然后引入了平滑性更好的类双曲正弦函数设计变系数自抗扰控制器的非线性状态误差反馈和扩张状态观测器部分；并在此基础上结合模糊自适应控制方法，通过误差和误差微分对非线性状态反馈系数进行调节；解决了“快速性和超调性之间的矛盾”，保证了系统的稳定性和有限时间收敛。这种方法有效地提高了系统对摩擦非线性的补偿能力，改善系统运动性能，提高了系统跟踪精度和抗扰动能力。

技术领域

本发明涉及一种电液伺服系统摩擦补偿控制方法，属于高精度伺服控制系统的技术领域。

背景技术

随着对电液伺服系统控制精度要求的提高，摩擦已成为一个不可忽略的重要问题。非线性摩擦对系统的动态及静态性能的影响很大，主要表现为低速时的爬行现象、速度过零时的波形畸变现象、稳态时有较大的静差，甚至出现不期望的极限环振荡。因此，为提高电液伺服系统的位置控制精度和改变系统的低速性能，其控制器需要实现对摩擦的补偿控制。

为了消除摩擦带来的影响，提高系统的控制性能很大程度取决于所建立的数学模型能否准确地反映摩擦特性。现有的电液伺服系统控制器的摩擦模型一般采用简化的非线性摩擦模型，如：库伦模型、库伦加滑动摩擦模型或Stribeck模型等，但实际的摩擦具有更复杂的非线性特性，采用简化的摩擦模型难以描述真实的摩擦特性。

电液伺服系统作为一个多变量、非线性和强耦合的被控现象，具有非线性和不确定性等特性。欲实现高精度伺服控制，必须克服非线性摩擦对系统性能造成的影响。传统的反馈控制策略，如高增益PID控制方法，且有结构简单、易实现等优点，通常在参数匹配的情况下可获得较好的性能，但在实际工程中过高的增益会导致系统振荡，失稳。利用自抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Control，简称ADRC)中的扩张状态观测器对摩擦进行估计并补偿，该补偿控制方法既不依赖对象模型又不依赖摩擦模型，算法简单，鲁棒性强，易于工程应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电液伺服系统摩擦补偿控制方法及其应用，由此解决现有的电液伺服系统存在低速运动时定位精度低、高速运动时跟随误差较大的技术问题。

为实现以上的技术目的，本发明将采样以下的技术方案：

一种电液伺服系统摩擦补偿控制方法，首先采集电液伺服系统的系统流量、供油压力、加速度等信号，利用改进LuGre摩擦模型对系统摩擦进行建模，应用遗传算法离线辨识其参数，并利用辨识模型产生的估计值进行前馈补偿，然后引入了平滑性更好的类双曲正弦函数设计变系数自抗扰控制器的非线性状态误差反馈和扩张状态观测器部分，并在此基础上结合模糊自适应控制方法，通过误差和误差微分对非线性状态反馈系数进行调节，实现电液伺服系统在摩擦影响下的控制。

所述改进LuGre摩擦模型，其表达式为：

其中，v为两物体相对速度(m/s)，σ₀为刚性系数(N/m)，σ₁为阻尼系数(N·s/m)，z为鬃毛的平均形变，σ₂为黏性摩擦斜率因子(N)，σ₃为黏性摩擦变化因子(s/m)，v_s为Stribeck效应速度(m/s)，h(v)为润滑油膜，其数学表达式如下：