[发明专利]一种存在参数不确定性和负载干扰的电液伺服控制方法及机械臂

摘要

一种存在参数不确定性和负载干扰的电液伺服控制方法及机械臂，非对称电液伺服执行器数学模型首先通过变换为严格反馈非线性模型，模型中的液压不确定参数采用参数自适应估计律进行估计，外负载动态干扰采用高增益观测器进行在线估计，为了避免反步控制律中的虚拟控制量产生的微分爆炸效果，采用一阶动态面设计技术，抑制了反步迭代中虚拟控制变量的剧烈变化，同时采用基于基于障碍李亚普洛夫函数构建系统能量函数，并设计最终的反步控制律，将输出位移跟踪误差和液压缸无杆腔和有杆腔的压力约束到预定的指标边界以内，提高了2‑DOF机械臂关节运动的动态控制性能。

主权项

一种存在参数不确定性和负载干扰的电液伺服控制方法，该方法包括：步骤1：建立非对称电液伺服执行器模型；非对称电液伺服执行器模型为：x·1=x2x·2=(x3Aa-x4Ab-Kx1-bx2-FL)/mx·3=h1(-Aax2-Ctl(x3-x4))+h1Cdwx52ρ(s1ps-x3+s2x3-pr)x·4=h2(Abx2+Ctl(x3-x4))-h2Cdwx52ρ(s1x4-pr-s2ps-x4)x·5=-x5/Tsv+Ksvu/Tsvy=x1---(1)]]>其中h1=βeV0a+Aax1;h2=βeV0b-Abx1]]>s1=1+sgn(x5)2;s2=1-sgn(x5)2]]>y为液压缸输出位移，为输出位移变化率，pa和pb为非对称液压缸无杆腔和有杆腔压力，xv为伺服阀阀芯位移，m为负载质量，ps为供油压力，Aa和Ab为非对称缸无杆腔和有杆腔的横截面积，Ctl为液压缸总泄漏系数，V0a和V0b为非对称液压缸无杆腔和有杆腔的初始容积，βe为液压油有效体积弹性模量，Cd为伺服阀流量系数，w为伺服阀面积梯度，ρ为液压油密度，K为负载刚度系数，b为液压油阻尼系数，FL为外负载压力，Ksv为伺服阀放大系数，Tsv为伺服阀一阶响应时间常数,sgn(·)为符号函数，u为伺服阀控制电压；由于模型(1)含有1个内部动态，因此定义2个新状态变量其中υ＝Ab/Aa＜1，同时需要将模型(1)转换为严格反馈模型形式如下：x·1=x2x·2=f21(x1)+θ1f22(x2)+g2x‾3+d(t)x‾·3=θ2f31(x1,x2)+θ3f32(x1,x3,x4)+θ4g3(x1,x3,x4)x‾4x‾·4=f4(x‾4)+g4u---(2)]]>其中θ1＝b，θ2＝βe，θ3＝βeCtl，为4个未知不确定液压参数，f21(x1)＝‑Kx1/m；f22(x2)＝‑x2/mg2＝Aa/m；d(t)＝‑FL(t)/mf31(x1,x2)＝‑(h1Aa+h2Abυ)x2/βef32(x1,x3,x4)＝‑(x3‑x4)(h1+h2)/βeg3(x1,x3,x4)=s‾1(h1ps-x3+υh2x4-pr)/βe+s‾2(h1x3-pr+υh2ps-x4)/βe]]>f4(x‾4)=-x‾4/Tsv;g4=Ksv/Tsv]]>s‾1=1+tanh(kx‾4)2;s‾2=1-tanh(kx‾4)2]]>其中υ表示液压缸非对称有杆腔与无杆腔横截面积之比，υ＝Ab/Aa；步骤2：驱动电液伺服执行器，实时获取电液伺服执行器的反馈数据：液压缸输出位移、液压缸输出位移变化率、液压缸无杆腔和有杆腔的压力、伺服阀阀芯位移；步骤3：采用高增益干扰观测器对外负载干扰进行估计；步骤4：采用参数自适应估计律对未知不确定液压参数进行估计；步骤5：采用动态面控制计算反步控制中的虚拟控制变量；步骤6：基于障碍李雅普洛夫函数，并结合反馈数据、系统误差、参数自适应估计值和负载干扰估计量计算反步控制律；步骤7：根据反步控制律对非对称电液伺服机构实时进行驱动。