分析液壓作動器的全局滑模控制研究

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.coml訇化液壓作動器的全局滑?？刂蒲芯縂Iobalslidingmodevariablestructurecontrolforhydraulicactuator孫璐，鄭春勝．SUNLu，ZHENGChun-sheng(北京航天自動控制研究所，北京100854)摘要。液壓作動器是一種典型的非線性、參數(shù)不確定性系統(tǒng)，且其作用任務(wù)復(fù)雜，傳統(tǒng)的滑?？刂齐y以保證系統(tǒng)在趨近模態(tài)時具有較好的動態(tài)性能和魯棒性。針對這一問題，提出了一種適用于液壓作動器的全局滑模控制器，使系統(tǒng)從初始時刻就一直運動在滑模面上，實現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)全過程的

2、魯棒性。將該控制器應(yīng)用于液壓作動器的位置伺服仿真實驗中，仿真結(jié)果表明設(shè)計的全局滑?？刂破骶哂休^好的動態(tài)特性，對外負載變化具有較強的魯棒性。關(guān)鍵詞：液壓作動器；全局滑模控制器中圈分類號：TP242文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009—0134(2014)08(上)一0019-04Doi：10．3969／J．Issn．1009-0134．2014．08(上)．05nj_-=苧=．ul苗法。模糊控制?和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制已經(jīng)在液壓作液壓作動器具有高功率重量比、高剛度、高動器的控制上得到了應(yīng)用，但是他們在控制過程負載能力等優(yōu)點，因而在機器人、大型機械設(shè)中，對

3、外負載變化和擾動的抑制效果欠佳?；洹⒑娇蘸教斓阮I(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，液控制是一種非線性控制方法，其對于系統(tǒng)不確定壓作動器系統(tǒng)是一種典型的參數(shù)不確定非線性系性及外擾動具有較強的自適應(yīng)性，傳統(tǒng)的滑?？亟y(tǒng)，其閥控動力機構(gòu)流量非線性對系統(tǒng)性能影響制系統(tǒng)包括趨近模態(tài)和滑動模態(tài)，但系統(tǒng)在趨近較大，且時變、外負載干擾及非線性因素也導(dǎo)致模態(tài)時對系統(tǒng)參數(shù)攝動和外部干擾比較敏感，因了系統(tǒng)模型參數(shù)很大程度的不確定性。此系統(tǒng)的動態(tài)性能和魯棒性受到一定限制。針對由于液壓作動器模型的非線性和參數(shù)不確定傳統(tǒng)滑?？刂频牟蛔?，Lu等提出了一種全局滑模性，傳統(tǒng)的PID

4、控制算法已經(jīng)很難滿足液壓作動控制器，設(shè)計新的滑模面來消除滑?？刂期吔\器高精度、高速度的控制要求，各國學(xué)者針對液動階段，克服了系統(tǒng)非線性，時變等因素影響。壓作動器的特性也在不斷研究新的控制策略和方首先建立了液壓作動器的數(shù)學(xué)模型，深入分圖1液壓作動器示意圖收奠日l：2014-03-26作者簧介：孫璐(1989一)，女，天津人，碩士研究生，研究方向為導(dǎo)航制導(dǎo)與控制。’第36卷第8期2014-08(上)【19】學(xué)兔兔www.xuetutu.comI匐化析了模型的非線性特性及模型中各參數(shù)變化范圍，在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了一種全局滑?？刂扑悖?，t)=[(

5、)，()，(，f)]法，設(shè)計新的滑模面來消除滑?？刂期吔\動階段，很好的克服了系統(tǒng)非線性，時變等因素的不Z(x,0一l箱+l良影響，提高了液壓作動器的控制性能。最后通過仿真實驗驗證了上述方法的正確性和有效性。(x，r)=一l++{1液壓作動器建模液壓作動器由電液伺服閥和對稱缸組成，液伽卜耦+]壓作動器活塞連接負載，負載與環(huán)境的接觸為彈簧阻尼模型，液壓作動器工作原理如圖1N示。整個液壓作動器系統(tǒng)負載力平衡方程如下：=I+EyR2l(Pl—P2)：，，j+++(t)(1)其中：X表示負載位移，m表示負載質(zhì)量，A=()√一十(“)√一表示液壓作動

6、器腔體表面積，P表示進油腔壓強，R2=(H)√一+(”)√一p表示回油腔壓強，b表示負載與環(huán)境接觸速度阻尼系數(shù)，k表示負載與環(huán)境接觸彈性系數(shù)，F(xiàn)(t)表m=m+m(vA+x]＼+。～以7示外部干擾力與未建模摩擦力等。根據(jù)液壓作動器的流量連續(xù)方程：2全局滑?？刂破髟O(shè)計從式(5)得到，液壓作動器為一非線性系A(chǔ)2+c(一)+=統(tǒng)，并RE，C和cn參數(shù)由于不同的溫度和環(huán)境，，，．(2)在系統(tǒng)運行整個過程中不斷變化，W和P也是不+c(一)：+Q2y斷變化的參數(shù)，由于運動過程中負載也可能不斷其中：V。表示初始時刻進油腔體積，V表示變化，因此m，k和b也

7、在不斷變化。因此對于整個初始時刻回油腔體積，C。表示液壓作動器內(nèi)漏系系統(tǒng)而言，其為一參數(shù)不確定的非線性系統(tǒng)。但數(shù)，E表示液壓作動器等效容積彈性模數(shù)，Q。表是由于各參數(shù)均具有實際物理含義，在系統(tǒng)運行示進油腔流量，Q：表示回油腔流量，分別為：過程中，參數(shù)大小不存在突變情況，因此在實際物理系統(tǒng)中可作如下假設(shè)。=●廠／[()+(一)_]假設(shè)1：S(x，t)~lld(x，f)滿足rr3、Q2=w、／[()+(一)蠆]一血(，t)≤，i=1，2，3．．dmmd(x，f)≤d～【oJ其中：C表示流量系數(shù)，W表示閥芯面積梯度，P表示流體密度，表示閥位移，可

8、用假設(shè)2：g【x,tJ滿足=九表示㈣，其中，U表示控制量，九表示放，g【Ilig(x，t)≤g，g(x，t)>0(7)大系數(shù)。定義：～【0／f：』／f0(4)設(shè)位置指令為=[Xr