電液位置伺服控制系統(tǒng)的模糊滑?？刂品椒ㄑ芯?pdf

1、近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展，采用電液伺服控制的機(jī)械系統(tǒng)愈來(lái)愈復(fù)雜，并且存在非線性、參數(shù)不確定性、機(jī)械諧振、未建模動(dòng)態(tài)特性、傳感器動(dòng)力學(xué)特性、外負(fù)載干擾等因素影響，對(duì)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(lái)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(shí)，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(duì)被控對(duì)象的內(nèi)在參數(shù)變化和外部擾動(dòng)具有一定的適

2、應(yīng)能力，保證系統(tǒng)的性能達(dá)到期望的品質(zhì)。滑模變結(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(qiáng)。但是對(duì)于一個(gè)實(shí)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(kāi)關(guān)的時(shí)間與空間滯后、檢測(cè)誤差及離散化形成的準(zhǔn)滑模等，都會(huì)造成抖振。抖振現(xiàn)象給變結(jié)構(gòu)控制在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用帶來(lái)了困難，因此對(duì)其控制信號(hào)抖振的消弱成為變結(jié)構(gòu)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。在解決抖振問(wèn)題的研究上，國(guó)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(shí)也降低了系統(tǒng)魯棒性，要么系統(tǒng)過(guò)于

3、復(fù)雜，無(wú)法應(yīng)用到實(shí)際工程領(lǐng)域。因此，設(shè)計(jì)一種滿足實(shí)時(shí)性、魯棒性要求，并有效抑制抖振的先進(jìn)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(jià)值?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制和模糊控制是各自獨(dú)立發(fā)展起來(lái)的兩類控制方法，二者都是對(duì)不確定系統(tǒng)進(jìn)行控制的有效方法，它們的結(jié)合會(huì)進(jìn)一步提高控制效果。
　　 本文針對(duì)滑模變結(jié)構(gòu)控制存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制器，通過(guò)控制特性的互補(bǔ)來(lái)獲得滿意的控制性能。作者提出按照系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和魯棒性的要求設(shè)計(jì)模糊滑模控制

4、算法，對(duì)提出的方法進(jìn)行理論分析、混合仿真以及系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)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(lái)描述其所有特性，所以,在控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)中,往往采用簡(jiǎn)化模型。設(shè)計(jì)中被忽略的因素可能會(huì)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(duì)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(guò)數(shù)字仿真初步確定控制器參數(shù)。為更接近實(shí)

5、際系統(tǒng)，使用實(shí)際的液壓-機(jī)械系統(tǒng)物理模型和數(shù)字控制器模型，實(shí)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(gè)更加接近實(shí)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(jì)的基本問(wèn)題及其Lyapunov穩(wěn)定性，闡述了模糊控制器的設(shè)計(jì)及其穩(wěn)定性分析問(wèn)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(duì)現(xiàn)有模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制策略的缺陷，提出對(duì)模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制進(jìn)行更深入的研究，以滿足實(shí)際工程應(yīng)用要求。
　　 本研究針對(duì)固定參數(shù)的趨近律滑模

6、變結(jié)構(gòu)算法無(wú)法根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)的變化和干擾的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整的缺點(diǎn)，提出模糊控制器來(lái)調(diào)整趨近律參數(shù)的方法。基于模糊自適應(yīng)指數(shù)趨近律函數(shù)切換滑?？刂?對(duì)非線性、擾動(dòng)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(diǎn)，且實(shí)時(shí)性強(qiáng)、控制精度高。將這種方法應(yīng)用于某大型鋼鐵集團(tuán)公司硅鋼廠電液?jiǎn)屋丆PC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?？刂破髂Ｐ?，進(jìn)行混合仿真。研究表明，系統(tǒng)在綜合考慮非線性、擾動(dòng)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?？刂颇軌蚍€(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(diǎn)，但抖振的存在不僅會(huì)降低控制精度，甚至?xí)ぐl(fā)系統(tǒng)的未建模動(dòng)態(tài)或引起機(jī)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(duì)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(hào)。作者研制的大型鋼鐵集團(tuán)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(guò)模糊理論實(shí)現(xiàn)增益自調(diào)整，有效降低抖振，既實(shí)現(xiàn)了高精度控制，又保留了滑模策略抗參數(shù)攝動(dòng)及抗擾動(dòng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。最后以DSPACE平臺(tái)設(shè)計(jì)了電液伺服綜合試驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于模糊滑?？刂撇呗缘目焖僭驮囼?yàn)。構(gòu)建了電液伺服綜合試驗(yàn)系統(tǒng)的硬件，設(shè)計(jì)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(duì)電液位置系統(tǒng)的非線性、參數(shù)不確定性及外力擾動(dòng)，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，