高速電液比例控制系統(tǒng)H-,∞-控制器的研究.pdf

1、油壓減振器是列車減振的關(guān)鍵部件之一。特別是在我國鐵路實(shí)行全面提速以后，列車的安全性和舒適性要求成為了提速的一大難題。針對(duì)高速列車一的需求，我國正在研發(fā)各種高速鐵路油壓減振器，但是由于現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備和試驗(yàn)方法的限制，不能進(jìn)行高速鐵路油壓減振器的綜合性能測(cè)試，從而限制了減振器的進(jìn)一步開發(fā)和性能指標(biāo)的提高。 目前，我國普遍使用的J95型減振器性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)采用了機(jī)械式驅(qū)動(dòng)裝置，但是由于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的限制，機(jī)械式試驗(yàn)臺(tái)只能進(jìn)行低頻簡諧振動(dòng)測(cè)試

2、，無法滿足高速鐵路油壓減振器的高頻響應(yīng)性能測(cè)試要求。 經(jīng)過30多年的發(fā)展，電液比例閥、液壓缸等液壓元件的生產(chǎn)制造技術(shù)得到了全面的發(fā)展，因此為基于高速電液比例控制技術(shù)的減振器試驗(yàn)臺(tái)研制提供了可行性平臺(tái)。但是，基于經(jīng)典控制算法的高速電液比例系統(tǒng)無法滿足系、統(tǒng)的平穩(wěn)性和跟隨性要求。究其原因是：經(jīng)典控制算法完全依賴于描述被控對(duì)象動(dòng)態(tài)性能的精確數(shù)學(xué)模型，但是液壓脈動(dòng)，系統(tǒng)阻尼，摩擦以及油溫等隨著高速運(yùn)行不斷變化，無法確定精確的數(shù)學(xué)模型。另

3、外，實(shí)際的比例閥一般均有較大的零位死區(qū)，所以穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)不在零位平衡點(diǎn)，導(dǎo)致高速運(yùn)行下的嚴(yán)重抖動(dòng)。 相比之下，H∞魯棒控制理論不需要精確的數(shù)學(xué)模型，而且通過H∞性能指標(biāo)，可以保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此高速電液比例控制系統(tǒng)H∞控制器的研究具有重要的學(xué)術(shù)與應(yīng)用價(jià)值。 本文建立了高速電液比例閥與高速電液比例系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及狀態(tài)空間表達(dá)式，分析了跟蹤補(bǔ)償和不確定性補(bǔ)償對(duì)系統(tǒng)的影響，并提出了求解混合靈敏度H∞控制器、H√H2混合

4、參數(shù)化控制器、具有LMI區(qū)域極點(diǎn)約束的H∞控制器，以及時(shí)滯不確定高速電液比例系統(tǒng)的H∞控制器的算法，而且分析了不同性能指標(biāo)、不同加權(quán)函數(shù)情況下魯棒控制器對(duì)高速電液比例控制系統(tǒng)的影響。仿真結(jié)果表明：通過H∞控制算法，可以設(shè)計(jì)出帶寬為300Hz以上的位置反饋型高速電液比例閥和帶寬為l00Hz以上的高速電液比例控制系統(tǒng)，而且在不同性能指標(biāo)下都能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此為高速列車油壓減振器性能測(cè)試系統(tǒng)的研制提供了理論依據(jù)。 首次在高速列車

5、油壓減振器性能測(cè)試系統(tǒng)中采用了H∞魯棒控制理論，并提出了適用于高速電液比例閥與高速鐵路油壓減振器性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的各種H∞控制算法。 研制了基于H∞魯棒控制理論的位置反饋型高速電液比例閥和高速鐵路油壓減振器性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，并通過在線系統(tǒng)辨識(shí)方法確定了該系統(tǒng)的物理模型，而且研究對(duì)比了經(jīng)典PID控制器與H?？刂破鲗?duì)高速電液比例閥與高速鐵路油壓減振器性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的控制效果，證明了H∞控制算法在高速電液比例系統(tǒng)中的應(yīng)用可行性與正確性。試