[发明专利]一种基于指令滤波的电液伺服系统自适应反步控制方法

说明书

本发明公开了一种基于指令滤波的电液伺服系统自适应反步控制方法。该方法为：首先建立电液位置伺服系统模型；然后设计指令滤波鲁棒自适应控制器；最后分析指令滤波鲁棒自适应控制器的性能与稳定性分析。本发明选取电液位置伺服系统不匹配模型作为研究对象，利用自适应控制方法对未知参数进行估计，并且使估计值收敛，来解决系统参数不确定性的影响，并且设计鲁棒控制器对模型干扰进行补偿；利用指令滤波技术对状态带宽、幅值进行约束，从而达到对系统状态进行约束的目的。本发明在系统状态约束情况下避免了反步微分计算量剧增的问题，同时对外干扰进行补偿，增强了系统的鲁棒性，获得了良好的跟踪性能。

技术领域

本发明属于机电伺服控制技术领域，特别是一种基于指令滤波的电液伺服系统自适应反步控制方法。

背景技术

电液伺服系统具有动态响应快、输出功率大、体积小、控制精确度高的突出优点，在工业生产、国防、航空航天领域得到了广泛的应用。电液伺服系统本身具有较强的非线性特性，包括不确定非线性和建模不确定性，如摩擦非线性、电液伺服阀流量压力非线性等非线性特性，电液伺服阀流量增益、泄漏系数、外负载质量等未知参数以及外部干扰、未建模动态、输入饱和等建模不确定性，这些问题给控制器的设计带来了很大的困难，同时限制了电液伺服系统高性能控制器的发展。

近年来，为了提高非线性系统的控制性能，国内外许多学者做了大量研究。有利用反步控制来处理非线性系统，有的学者将滑模、自适应及自适应鲁棒方法应用于液压系统的控制中，这些控制算法在系统未知参数处理及减弱干扰方面有比较好的效果，从而在很大程度上提高了控制器的性能。自适应控制方法可以在参数未知的情况下对系统参数进行估计，可以克服不确定非线性问题。实际的液压系统还存在系统状态不可测问题，一种基于扩张状态观测器的输出反馈控制算法，可以对系统状态进行估计，同时保证系统稳定性。但是有时电液伺服系统状态受限，难以满足实际工作需要。在液压系统中反步控制方法应用广泛，但是传统反步控制方法存在一个“微分爆炸”问题，需要在每一步的设计中对虚拟控制进行求导，使得计算量增大。同时液压系统存在高频干扰，这样很难测量系统物理量，进而影响跟踪精度。通常的处理方法是设计鲁棒控制器对干扰进行处理，同时加大增益，但是实际运用中可能会出现颤振，影响控制器的跟踪性能。

通过分析，现在的电液伺服系统主要存在的问题有：(1)系统模型存在不确定性，主要包括：参数不确定性，如负载质量的变化、泄漏系数、随温度及磨损而变化的粘性摩擦系数；不确定性非线性，如外干扰及未建模动态。(2)传统反步控制方法存在“微分爆炸”问题。伴随系统模型阶次及复杂性的提高，微分计算的复杂性也会剧增，这会直接加大控制器设计的计算量。(3)系统状态受限问题，在实际应用中，有时要对系统状态进行约束，现有的约束方法效果并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有状态约束的基于指令滤波的电液伺服系统自适应反步控制方法，从而增强系统的鲁棒性，获得良好的跟踪性能。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于指令滤波的电液伺服系统自适应反步控制方法，包括以下步骤：

步骤1，建立电液位置伺服系统模型：选取电液位置伺服系统不匹配模型作为对象，同时考虑系统的参数不确定性以及外干扰的影响；

步骤2，设计指令滤波鲁棒自适应控制器：针对参数不确定性，利用自适应控制方法对未知参数进行估计，并且使估计值收敛；利用指令滤波技术对状态带宽、幅值进行约束，从而对系统状态进行约束；

步骤3，分析指令滤波鲁棒自适应控制器的性能与稳定性。

进一步地，步骤1所述的建立电液位置伺服系统模型，具体如下：

步骤1.1、电液位置伺服系统的动力学方程为：