[发明专利]考虑输入时滞约束的电液伺服系统位置跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑输入时滞约束的电液伺服系统位置跟踪控制方法，该方法包括：建立电液伺服系统的数学模型；设计考虑输入时滞约束的控制器；运用李雅普诺夫稳定性理论进行稳定性证明，并得到系统有界稳定的位置跟踪性能且系统所有信号均有界的结果。本发明通过在控制器中引用一个输入时滞补偿信号，从而获得一个无输入时滞的开环误差系统，结合李雅普诺夫‑克拉索夫斯基泛函方法消去时滞带来的影响；本发明有效解决了实际电液伺服系统中输入时滞约束影响系统性能的问题，能够获得更好的高精度位置跟踪性能。

技术领域

本发明涉及电液伺服控制技术领域，主要涉及一种考虑输入时滞约束的电液伺服系统位置跟踪控制方法。

背景技术

随着现代化工业不断向自动化、精密化发展，对传动系统的高性能要求也随之而来，这种需求在各个工业领域表现的愈加强烈。电液伺服系统由于具备响应快、精度高、维护方便、传动效率高以及能源获取方便等突出优点，因而被广泛应用于机器人、机床、航空航天等各个重要领域并逐渐占据主导地位。随着精密工业及国防航空领域对电液伺服系统的跟踪精度、动态频宽、超低速性能等伺服性能要求不断提高，以往基于线性化模型的所设计的控制器已逐渐不能满足实际需求，成为了电液伺服系统进一步发展的瓶颈因素之一。因此，工业应用领域迫切地希望获得更加先进有效的控制方法来实现对电液伺服系统的高性能控制。

实际的电液伺服系统由于测量元件、测量过程、控制元件以及执行元件的影响必然会存在时滞现象。为了获得更好的控制性能，在建立电液伺服系统模型时考虑时滞也是十分必要的，但是时滞通常与饱和及系统外干扰等不确定非线性相互作用，共同决定电液伺服系统的稳定性，因而过去许多控制方法都难以获得很好的控制性能。近年来，关于考虑非线性系统的饱和时滞控制策略的研究取得了重要进展，但是该领域的理论研究至今还存在诸多问题亟需解决，对于非线性系统的饱和时滞控制策略研究仍然是国际热点问题。

为了提高时滞系统的性能和稳定性，目前时滞问题的经典解决方案都是受到Smith(1959年)和Artstein(1982年)研究成果的启发，通常是利用基于Smith预估器的控制方法。通过将这些方法进行变结构以解决存在确定性和不确定性动态的线性输入延迟系统的控制问题。然而，Krstic在文献《Beyond this Book》部分中指出，因为在稳定性证明过程中使用了线性有界的系统模型，所以适用于不确定线性系统中的控制策略不宜直接应用于非线性系统。因此，对于存在输入延迟的非线性系统控制必须提出新的控制策略。对于模型已知的时滞系统控制已提出大量的控制策略，但是对于存在时滞的不确定非线性系统的控制策略却很少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑输入时滞约束的电液伺服系统位置跟踪控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种考虑输入时滞约束的电液伺服系统位置跟踪控制方法，包括以下步骤：

步骤1，建立电液伺服系统的数学模型；

步骤2，设计考虑输入时滞约束的控制器；

步骤3，运用李雅普诺夫稳定性理论进行稳定性证明，并得到系统有界稳定的位置跟踪性能且系统所有信号均有界的结果。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明基于非线性系统控制方法，通过在控制器中引用一个输入时滞补偿信号，从而获得一个无输入时滞的开环误差系统，结合李雅普诺夫-克拉索夫斯基泛函方法来消去时滞约束带来的影响，有效地解决了实际电液伺服系统中输入时滞约束影响系统性能的问题，获得了更好的高精度位置跟踪性能。

附图说明

图1是本发明电液伺服系统模型图。

图2是考虑输入时滞约束的电液伺服系统高精度位置跟踪控制方法原理示意图。

图3是系统在低速且时滞量较小工况下本发明所设计的控制器作用下系统控制输入的在时滞前后的对比图。