[发明专利]一种泵控非对称缸位置伺服系统的自适应控制方法及系统

说明书

本发明属于自动控制技术领域，提供了一种泵控非对称缸位置伺服系统的自适应控制方法，包括：获取伺服系统的状态分量，所述状态分量包括电机角速度、活塞头实际位移和活塞头期望位移，还包括活塞头速度和活塞头加速度；将状态分量输入控制器，控制器输出控制信号，控制信号包括电机转速；根据控制信号对伺服系统的电机进行控制。本发明建立泵控缸系统的能控规范型的状态方程，引入带积分项的自适应滑模控制，并给出了控制器的稳定性证明，以解决泵控缸系统流量不平衡、非线性、参数不确定情况下的液压缸活塞头位置控制问题。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种泵控非对称缸位置伺服系统的自适应控制方法及系统。

背景技术

泵控缸伺服系统如附图1所示，由计算机控制器、电机伺服部分、动力执行部分和辅助控制部件等组成。通过计算机控制器控制伺服电机转速、转角与转矩，改变伺服泵的流量、压力和转向，进而控制活塞运动的位移、速度和方向。辅助控制部件用于实现硬件流量平衡控制。

在实际运行中，由于温度和工况的变化，导致泵控缸伺服系统的系统参数不稳定。另一方面，伺服泵的容积控制方式要求伺服泵的吸油量和排油量相等，而非对称缸的无杆腔的排量或进量与有杆腔的进量或排量相差很大，导致运行过程中非对称缸的进出量不对称，使非对称缸的双向作用力不相等，非对称缸的输出控制不平衡。因此设计泵控非对称缸伺服系统的控制器存在很大的困难。

目前针对泵控非对称缸的控制问题，现有技术提出两种解决方法：一种是分段PID控制算法，即根据伺服系统的位置误差大小变化，将控制过程分为多段，对应每一段单独设计一个PID控制器实现系统参数变化的适应控制和流量的平衡控制。另一种是采用模糊自适应PID加非对称前馈补偿的控制策略，通过模糊自适应方法实现系统参数的变化控制，并增加非对称前馈控制器实现系统流量的平衡补偿。

但是上述的两种方法均存在一定的缺陷：分段PID控制算法相对简单，但控制信号需要根据经验反复地调试寻找，整定困难；同时分段PID控制的鲁棒性是有限的，很难实现快速、平稳的高精度控制。

而模糊自适应PID加非对称前馈补偿的控制算法运用了模糊规则，虽然使控制器参数具有自适应修正能力，但是无法根据伺服系统的实际状况对控制信号进行修正，控制精度低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，提供一种泵控非对称缸位置伺服系统的自适应控制方法及系统，以解决现有技术无法结合伺服系统的实际情况跟对控制信号进行调节，导致伺服系统控制难度高、控制精度低的问题。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种泵控非对称缸位置伺服系统的自适应控制方法，包括：获取伺服系统的状态分量，所述状态分量包括电机角速度、活塞头实际位移和活塞头期望位移，还包括活塞头速度和活塞头加速度；将状态分量输入控制器，控制器输出控制信号，控制信号包括电机转速；根据控制信号对伺服系统的电机进行控制。

进一步，在将状态分量输入控制器的步骤之前还包括控制器生成步骤：S1：获取伺服系统的标称参数并设计控制器；S2：选取控制器的滑模函数和能量函数；S3：对控制器进行稳定性分析；S4：确定控制器的自适应系数方程及自适应控制律方程。

进一步，步骤S1包括：S1-1：获取伺服系统的标称参数，将标称参数转化为中间参数，根据中间参数建立伺服系统的状态方程；S1-2：对伺服系统的状态方程进行线性变换，使状态方程变换为能控规范型；S1-3：根据能控规范型的状态方程设计控制器。

进一步，步骤S2包括：S2-1：假定中间参数有界，并选取控制器的滑模函数；S2-2：根据控制器的滑模函数获得虚拟控制信号和中间参数的估计误差；S2-3：根据滑模函数、虚拟控制信号和中间参数的估计误差构造控制器的能量函数。

进一步，步骤S3包括：S3-1：求取能量函数随时间的变化率方程；S3-2：根据变化率方程及稳定性定理，对控制器进行稳定性分析。