[发明专利]一种基于降低切换增益扰动观测器的直驱阀门系统鲁棒切换控制方法

说明书

本发明公开了一种基于降低切换增益扰动观测器的直驱阀门系统鲁棒切换控制方法，包括以下步骤：步骤1、建立直驱阀门控制系统的动态切换模型，步骤2、设计具有扰动观测器的鲁棒切换控制器，设计出的控制系统具有控制律、基于Lyapunov稳定性方法的扰动观测器律以及周期性切换信号的切换律，使得该控制器可以消除系统震颤，降低切换系统的切换增益，或极大减轻系统颤动。

技术领域：

本发明专利涉及直驱阀门控制系统，尤其是基于降低切换增益扰动观测器的 直驱阀门系统鲁棒切换控制方法。

背景技术：

直驱阀门系统是影响航天伺服系统输出性能的主要部件之一，在控 制领域有许多广泛的应用。采用直驱阀门(DDV，Direct Drive Valve) 的电动伺服电机是用于消除系统对油污灵敏度高、结构复杂的缺点，并 提供了良好的控制输出性能。因此，近年来一系列先进的控制策略受到 广泛关注。众所周知，PID控制方案在工业控制中应用极其广泛，因为它 的普及源于其简单的操作、简易的系统结构以及在诸多操作中的适用性。 当系统存在复杂、时变以及较大扰动时，传统PID控制方案就无法实现 一致的控制性能。

同时，值得一提的是，控制器设计中的震颤问题，即控制系统性能 可能遭受的损害已经得到广泛研究。为了克服系统外部干扰的影响并获 得高频响应，经过大量的改进后已经得到了一些令人满意的结果，例如 自适应控制，神经网络控制,模糊控制等。在这些控制方案中，基于扰动 观测器方法的滑模控制是性能突出的有效解决方案，其可以针对扰动系 统进行鲁棒控制。然而由于算法复杂度的增加(如模糊控制、神经控制、 时滞控制、预测控制等)，工业应用的实现难度极大。因此，在直驱阀门 控制系统中，如何选择一个易于实现的简单鲁棒控制器变得更具挑战性。

另一方面，有时系统模型会因系统状态、控制参数或操作模式改变 而改变。本发明中，直驱阀门(DDV)伺服控制系统参数具有显著的不确 定性和未知扰动。一些系统状态的改变会导致齿槽反射和未知流体动力 负载扰动的改变。因此，工作条件和温度变化相当缓慢。我们可以把这 些变化的系统定义为切换系统。目前，切换系统的工作主要集中在稳定 性，鲁棒性，可观测性，可控性，切换律(如循环，同步，平均停留时 间，单速率，任意切换，周期切换律)等。据大众所知，对于直驱阀门控 制系统，在周期切换律下，减少震颤和克服滑模切换控制方案中扰动的 影响的方法很少。因此对于直驱阀门控制系统在周期切换律下减少震颤， 克服扰动的方法显得尤为重要，本发明就介绍了这样一种基于降低切换增益扰动观测器的直驱阀门系统鲁棒切换控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于降低切换增益扰动观测器的直驱阀门 系统鲁棒切换控制方法，该控制器可以消除系统震颤，降低切换系统的切换增 益，或极大减轻系统颤动。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于降低切换增益扰动观测器的直驱阀门系统鲁棒切换控制方法，其实 现包括以下步骤：

步骤1、建立直驱阀门控制系统的动态切换模型

步骤2、设计具有扰动观测器的鲁棒切换控制器

优选的，步骤1所述建立直驱阀门控制系统的动态切换模型，具体 如下：

(2.1)以直驱阀门控制系统为例，建立系统动态切换模型：

在上述式子中，J是系统的总转动惯量，包括电机转子和中心阀的转动惯量， B是粘性摩擦系数，θ是电机旋转角度，K_m是伺服电机的电磁转矩系数，C_e是 反电动势系数，R是电枢相电阻，L是电枢相电感，i是电枢等效电流，u^*是等 效控制输入电压，T₁是液体力矩，T_c是齿槽转矩，是角速度，是角加速度，是电流的变化率；