[发明专利]工程作业机器人臂架电液驱动控制系统的半实物仿真方法

权利要求书

1.工程作业机器人臂架电液驱动控制系统的半实物仿真方法，其特征在于，包含下述步骤：

1)建立臂架电液驱动系统阀控液压缸数学模型，设计位置跟踪控制算法模型；

2)建立半实物仿真硬件平台，所述硬件平台包括上位机、目标机控制器、传感器以及阀控液压缸试验台；

3)基于半实物仿真硬件平台对阀控液压缸系统的开环参数进行辨识，通过仿真模型验证参数辨识的准确度；

4)开展位置跟踪控制半实物仿真实验，分析验证位置跟踪控制效果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立臂架电液驱动系统阀控液压缸数学模型包括：

根据液压缸流量连续性方程、力平衡方程以及阀口流量方程建立臂架电液驱动系统阀控液压缸数学模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述上位机基于Simulink进行仿真模型的设计、编译和下载，并对实验过程的数据进行显示及保存；所述目标机控制器运行实时操作系统，用于实验数据的采集、计算、发送以及上传；所述阀控液压缸试验台用于模拟工程作业环境下臂架电液驱动系统的实际工作状态。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于半实物仿真硬件平台对阀控液压缸系统的开环参数进行辨识包括：

A、确定系统辨识参数，设计开环辨识激励信号；

B、建立开环辨识半实物仿真Simulink模型，获取半实物仿真硬件平台的运行数据；

C、采用零相位低通滤波对运行数据进行预处理，得到无相位差的液压缸活塞杆位置、速度、泵出口压力、回油口压力、液压缸A口压力、液压缸B口压力信号；

D、采用MATLAB灰箱辨识函数对阀控液压缸数学模型参数进行参数辨识，得到模型参数辨识结果。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述开展位置跟踪控制半实物仿真实验，分析验证位置跟踪控制效果包括：

基于参数辨识后的阀控液压缸系统数学模型得到位置跟踪控制器，并编译生成控制器代码，由上位机下载至目标机控制器，记录阀控液压缸试验台运行数据。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阀控液压缸流量连续性方程为：

其中，V₁＝V₁₀+A₁x和V₂＝V₂₀-A₂x分别为液压缸无杆腔有效体积和有杆腔有效体积，V₁₀和V₂₀分别为无杆腔、有杆腔及相连管道的初始体积；β_e为有效体积弹性模量，P₁和P₂分别为液压缸无杆腔和有杆腔的压力，A₁和A₂分别为液压缸无杆腔和有杆腔的有效工作面积，Q₁和Q₂为液压缸无杆腔和有杆腔的阀口流量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述阀口流量方程为：

其中，c₁、c₂、c₃、c₄分别为电液比例阀的增益系数，由阀门孔的形状和尺寸决定，P_S为供油出口压力，P_T为回油口压力。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述力平衡方程为：

其中，x为阀控液压缸位移，m为活塞杆及负载的等效质量，b表示粘性摩擦系数，F为阀控液压缸对系统施加的驱动力，f_l代表力平衡方程中由参数不确定性、时变外负载干扰、非线性摩擦力建模误差组成的集总扰动项。