多自由度液壓伺服系統(tǒng)的控制策略研究.pdf

1、在多自由度液壓伺服系統(tǒng)中，多個通道伺服缸系統(tǒng)同時動作時，它們之間存在強烈的耦合作用，這些耦合問題直接關系到多自由度液壓伺服系統(tǒng)的控制效果。深入研究適合多自由度液壓伺服系統(tǒng)的控制方法，具有非常重要的理論和實際意義。 本課題中的研究對象是實驗室模仿空中飛行器的“鐵鳥”，其中的舵機系統(tǒng)是一個非常典型而且復雜的多自由度液壓伺服系統(tǒng)，它掌管著飛機的飛行方向，同時飛行器舵機也承受著來自強非線性氣流、負載等干擾的影響，解決好此系統(tǒng)的控制問題，

2、對于提高飛行器安全指數和改善飛行質量具有重要價值。 本文主要研究成果包括以下內容： 第一，本文概括介紹了單/多自由度液壓伺服系統(tǒng)控制策略的發(fā)展歷史，對多變量系統(tǒng)解耦控制設計理論的研究進展，尤其是對多自由度液壓伺服系統(tǒng)解耦控制策略做了較詳細的綜述。 第二，本文研究了液壓伺服系統(tǒng)的模糊滑模變結構控制技術。盡管滑模變結構控制對周圍攝動和外界擾動具有較強的魯棒性，但存在抖振。解決抖振問題是液壓伺服控制所關心的問題?；谀?/p>

3、糊邏輯理論和準滑模變結構控制邊界層調節(jié)技術，本文提出了一種基于邊界層模糊調節(jié)的準滑模變結構控制方法。它能根據液壓系統(tǒng)滑模開關平面狀態(tài)的變化，動態(tài)模糊調整滑模邊界層的寬度，既能充分發(fā)揮滑模變結構控制高頻切換魯棒性強的作用，又能降低系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，保證響應速度，把滑模變結構控制的抖振控制在液壓伺服系統(tǒng)有效工作的允許范圍之內。 第三，為了平衡減弱滑模變結構控制抖振和保持穩(wěn)態(tài)控制精度的設計沖突，本文提出了一種基于協(xié)調優(yōu)化算法的滑模變結構控

4、制方法。它以穩(wěn)態(tài)誤差和控制切換頻率作為系統(tǒng)優(yōu)化性能指標，基于穩(wěn)態(tài)誤差的邊界層寬度調節(jié)規(guī)則，采用協(xié)調優(yōu)化遺傳算法優(yōu)化邊界層寬度調節(jié)率，并把它加入到滑模變結構控制的非線性項中，以實現對液壓伺服系統(tǒng)的滑模變結構優(yōu)化控制。所提出的控制方法，較成功地解決了滑模變結構控制的設計沖突問題，即在滑模變結構控制系統(tǒng)軟化控制信號與保持穩(wěn)態(tài)控制精度之間實現了綜合協(xié)調，可以在不削弱魯棒性的條件下，最大限度地柔化高頻切換控制作用，保證較高的控制精度。值得注意的是

5、，在滑模中結合采用多目標優(yōu)化技術，邊界層寬度調節(jié)得到優(yōu)化，從而更有效地協(xié)調滑模變結構控制的設計沖突。而且，所提出的方法更有利于使滑模變結構控制作用適應液壓伺服系統(tǒng)的實際控制約束。 第四，本文研究了基于dSPACE的液壓伺服系統(tǒng)半實物控制仿真技術和協(xié)同控仿真技術，并提出了一種基于HOPSAN和MATLAB/SIMUIANK的協(xié)同控制仿真技術，仿真結果證實了其有效性。它可以將液壓、機械電子、控制理論與控制工程等不同研究學科領域進行交

6、叉和融合，構成一個更綜合、更切合實際的混合異構層次化控制仿真系統(tǒng)，并根據一定的規(guī)則協(xié)同分布式運行，產生控制結果，形成多領域協(xié)同控制仿真技術，為協(xié)同研發(fā)液壓伺服控制系統(tǒng)搭建一個支撐平臺，有利于降低研發(fā)成本，優(yōu)化系統(tǒng)性能，保護環(huán)境。 第五，本文簡要介紹了多自由度液壓伺服系統(tǒng)的解耦控制方法?；诙嘧杂啥纫簤核欧到y(tǒng)中各通道之間的耦合關系，提出了解決多自由度液壓伺服系統(tǒng)中通道間耦合干擾的基本設想。 第六，本文建立了實驗室飛行器“

7、鐵鳥”多自由度液壓伺服系統(tǒng)的機理模型、HOPSAN模型以及MATLAB/SIMULINK模型，為深入開展對多自由度液壓伺服系統(tǒng)的控制研究打下了基礎。 第七，本文研究了實驗室飛行器“鐵鳥”多自由度液壓伺服系統(tǒng)方向舵的綜合控制。首先，為了穩(wěn)定此飛行器多自由度液壓伺服系統(tǒng)，在忽略交聯耦合的情況下，分別為單輸入單輸出(SISO)兩個液壓缸子系統(tǒng)設計滑模變結構主控制器；其次，基于Baumgarte解耦控制設計方法和近似系統(tǒng)模型，根據所期望