電液位置伺服控制系統(tǒng)的模糊滑模控制方法研究.pdf

1、近年來，隨著科技的發(fā)展，采用電液伺服控制的機械系統(tǒng)愈來愈復(fù)雜，并且存在非線性、參數(shù)不確定性、機械諧振、未建模動態(tài)特性、傳感器動力學(xué)特性、外負(fù)載干擾等因素影響，對控制系統(tǒng)的精度、響應(yīng)能力、穩(wěn)定性及魯棒性的要求則愈來愈高，系統(tǒng)的復(fù)雜性與苛刻的控制性能要求之間形成了尖銳的矛盾?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制是一種非線性控制器，當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)穿越狀態(tài)空間的不同區(qū)域時，反饋控制器的結(jié)構(gòu)按照一定的規(guī)律發(fā)生變化，使得控制系統(tǒng)對被控對象的內(nèi)在參數(shù)變化和外部擾動具有一定的適

2、應(yīng)能力，保證系統(tǒng)的性能達到期望的品質(zhì)?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的魯棒性要比一般常規(guī)的連續(xù)控制系統(tǒng)強。但是對于一個實際的滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，控制力受限、系統(tǒng)慣性、切換開關(guān)的時間與空間滯后、檢測誤差及離散化形成的準(zhǔn)滑模等，都會造成抖振。抖振現(xiàn)象給變結(jié)構(gòu)控制在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用帶來了困難，因此對其控制信號抖振的消弱成為變結(jié)構(gòu)研究的熱點問題。在解決抖振問題的研究上，國內(nèi)外研究者提出了許多方法，這些方法要么在消弱抖振的同時也降低了系統(tǒng)魯棒性，要么系統(tǒng)過于

3、復(fù)雜，無法應(yīng)用到實際工程領(lǐng)域。因此，設(shè)計一種滿足實時性、魯棒性要求，并有效抑制抖振的先進滑模變結(jié)構(gòu)控制策略具有重要的理論意義與工程應(yīng)用價值?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制和模糊控制是各自獨立發(fā)展起來的兩類控制方法，二者都是對不確定系統(tǒng)進行控制的有效方法，它們的結(jié)合會進一步提高控制效果。
　　 本文針對滑模變結(jié)構(gòu)控制存在的問題，設(shè)計模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制器，通過控制特性的互補來獲得滿意的控制性能。作者提出按照系統(tǒng)的實時性和魯棒性的要求設(shè)計模糊滑?？刂?/p>

4、算法，對提出的方法進行理論分析、混合仿真以及系統(tǒng)的試驗驗證，從而為可靠的工程應(yīng)用奠定理論和方法基礎(chǔ)。電液控制系統(tǒng)影響因素復(fù)雜,不能用精確模型來描述其所有特性，所以,在控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計中,往往采用簡化模型。設(shè)計中被忽略的因素可能會引起控制系統(tǒng)品質(zhì)的惡化、甚至導(dǎo)致不穩(wěn)定。為提高建模精度，在對閥控缸電液位置伺服系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，考慮系統(tǒng)參數(shù)不確定性，建立了基于位置變量與偏差變量的系統(tǒng)狀態(tài)空間模型，通過數(shù)字仿真初步確定控制器參數(shù)。為更接近實

5、際系統(tǒng)，使用實際的液壓-機械系統(tǒng)物理模型和數(shù)字控制器模型，實現(xiàn)閥控缸電液位置控制系統(tǒng)的混合仿真，從而建立一個更加接近實際控制狀態(tài)的模型。分析了滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計的基本問題及其Lyapunov穩(wěn)定性，闡述了模糊控制器的設(shè)計及其穩(wěn)定性分析問題，并探討了模糊理論與滑模變結(jié)構(gòu)理論的幾種結(jié)合方案。針對現(xiàn)有模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制策略的缺陷，提出對模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制進行更深入的研究，以滿足實際工程應(yīng)用要求。
　　 本研究針對固定參數(shù)的趨近律滑模

6、變結(jié)構(gòu)算法無法根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)的變化和干擾的變化進行實時調(diào)整的缺點，提出模糊控制器來調(diào)整趨近律參數(shù)的方法?；谀：赃m應(yīng)指數(shù)趨近律函數(shù)切換滑模控制,對非線性、擾動和參數(shù)不確定性有較好的魯棒性，并且克服了常規(guī)滑模抖振大和控制力頻繁切換的缺點，且實時性強、控制精度高。將這種方法應(yīng)用于某大型鋼鐵集團公司硅鋼廠電液單輥CPC控制系統(tǒng)，并以其物理模型與模糊自適應(yīng)指數(shù)趨近律函數(shù)切換滑模控制器模型，進行混合仿真。研究表明，系統(tǒng)在綜合考慮非線性、擾動及各種

7、參數(shù)不確定性的情況下，模糊自適應(yīng)指數(shù)趨近律函數(shù)切換滑模控制能夠穩(wěn)定工作，有效地抑制了抖振。比例滑模策略保留了線性控制的某些優(yōu)點，但抖振的存在不僅會降低控制精度，甚至?xí)ぐl(fā)系統(tǒng)的未建模動態(tài)或引起機械諧振，這些不足嚴(yán)重制約了比例滑模變結(jié)構(gòu)控制在大負(fù)載高精度電液位置系統(tǒng)中的應(yīng)用。為避免抖振對系統(tǒng)精度與穩(wěn)定性影響，提出了采用模糊模型，根據(jù)切換函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)的狀態(tài)自調(diào)整比例滑模切換增益，以柔化控制信號。作者研制的大型鋼鐵集團公司液壓EPC大負(fù)載高精

8、度位置伺服系統(tǒng)的混合仿真結(jié)果表明，通過模糊理論實現(xiàn)增益自調(diào)整，有效降低抖振，既實現(xiàn)了高精度控制，又保留了滑模策略抗參數(shù)攝動及抗擾動能力強的特點。最后以DSPACE平臺設(shè)計了電液伺服綜合試驗系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于模糊滑?？刂撇呗缘目焖僭驮囼灐?gòu)建了電液伺服綜合試驗系統(tǒng)的硬件，設(shè)計了基于結(jié)構(gòu)不變性原理的電液位置系統(tǒng)加載策略。針對電液位置系統(tǒng)的非線性、參數(shù)不確定性及外力擾動，采用提出的基于模糊自適應(yīng)趨近律函數(shù)切換滑模及模糊自調(diào)整增益比例滑模方法，