[发明专利]一种水下电动静液作动器干扰补偿控制方法

说明书

本发明公开了一种水下电动静液作动器干扰补偿控制方法。方法包括：第一扩张观测器输出外部负载力的估计值至状态空间模型；第二扩张观测器输出海水压力补偿器扰动和总泄漏共同的估计值至状态空间模型；反步控制器输出第二步反步法虚拟控制量；将第二步反步法虚拟控制量作为水下电动静液作动器的电机的转速，从而实现控制水下电动静液作动器对预设位置的精准跟踪。本发明方法解决了水下电动静液作动器控制精度不高的问题，通过扩张观测器的前馈补偿减少了扰动的影响，提高了水下电动静液作动器的位置控制精度，通过反步控制器确保了整体系统的稳定性和鲁棒性，为水下作业提供了保障。

技术领域

本发明涉及了一种补偿控制方法，具体涉及一种水下电动静液作动器干扰补偿控制方法。

背景技术

电动静液作动器(EHA)是一种直驱式容积控制(泵控)电液伺服系统，相对于传统的阀控液压系统具有能量利用效率高，节流损失少的优点，相对于电动机械传动系统容错性高，因此得到广泛应用。

在海洋装备领域，传统的液压系统应用已十分广泛，大部分传统的液压控制系统，理论上都可采用EHA进行替换，特别是对一体化需求较高的场所。而在一些应用场景中，不仅要求一体化，还对EHA的位置控制精度提出了要求，例如水下接插件插拔作业、水下焊接作业、水下闸门的驱动、水下应急剪缆、水下线缆铺设或者多个EHA组合成升降平台、多关节机械手搭载在航行器上配合完成作业。在该应用场景中，为了给水下精细作业提供保障，控制精度方面一般要求达到毫米级及以上的位置控制精度。毫米级的控制精度在陆上的EHA中，基本可以实现，但是由于水下EHA壳体与海水环境进行交互，存在海水附加压力干扰等问题，相对于陆上的EHA控制难度更大，因此控制精度很难保障。目前水下的EHA的研究工作较少，在结构组成上可借鉴陆上的EHA，为了满足水下环境，补偿海水压力，增加海水压力补偿器进行适应性改造，使回油腔的压力与海水的压力近似相等，由于水下EHA在结构和使用环境上的改变，如果想实现高精度的运动控制，需重新考虑水下电动静液作动器的系统建模和运动控制算法。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种针对新兴起的应用于水下的电动静液作动器，建立了涵盖海水压力补偿器动力学模型的，相对完备的状态空间模型。为了提高水下电动静液作动器的作业精度，提出了一种水下电动静液作动器干扰补偿控制方法，解决了海水压力补偿器的压力波动以及外部的海水环境及负载产生的扰动导致控制精度不高的问题。该方法针对水下电动静液作动器面临的海水压力补偿器部分存在的压力扰动以及未知的外部环境作用力的扰动问题，通过扩张观测器的前馈补偿减少扰动的影响，提高水下电动静液作动器的位置控制精度，通过反步控制法设计反步控制器确保干扰补偿系统的稳定性和鲁棒性。

本发明采用的技术方案是：

本发明干扰补偿控制方法包括如下步骤：

1)建立水下电动静液作动器的状态空间模型。

2)在考虑水下电动静液作动器的外部负载力、海水压力补偿器扰动以及总泄漏的情况下，基于水下电动静液作动器，分别设计低阶的第一扩张观测器和低阶的第二扩张观测器；其中，低阶为二阶导数以下。

获取水下电动静液作动器的作动杆的位移的测量值、水下电动静液作动器的作动杆的速度的测量值以及水下电动静液作动器的输出作用力的测量值；将水下电动静液作动器的作动杆的速度的测量值以及水下电动静液作动器的输出作用力的测量值输入第一扩张观测器，第一扩张观测器通过前馈的方式输出外部负载力的估计值至状态空间模型。

将电动静液作动器的作动杆的位移的测量值以及电动静液作动器的作动杆的速度的测量值输入至第二扩张观测器，第二扩张观测器通过前馈的方式输出海水压力补偿器扰动和总泄漏共同的估计值至状态空间模型。

3)通过状态空间模型，使用反步控制法，设计反步控制器，将水下电动静液作动器的作动杆的预设位移、预设速度、位移的测量值、速度的测量值以及水下电动静液作动器的输出作用力的测量值输入反步控制器，反步控制器输出第二步反步法虚拟控制量。