[发明专利]液压驱动六自由度并联机构模态空间控制器解析设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及机电及液压伺服控制领域，具体是一种基于动压反馈的液压驱动六自由度并联机构模态空间控制器解析设计方法。

背景技术

六自由度并联机构由于具有刚度高，承载能力大，精度高的特点，使其在航空航天、汽车测试及工业生产等领域得到了广泛的应用。六自由度液压并联机构是由6个直线液压缸、一个运动平台及一个固定平台构成的封闭多链式结构。其主要实现单自由度及多自由度空间中各种给定信号的精确控制，由于系统的强非线性动力学特性，使得系统在物理空间内各自由度之间存在强耦合性，这种强耦合性使传统的铰点空间单通道PID控制方法的控制品质严重降低。目前国内外学者在研究系统耦合特性的基础上，提出了多种解耦控制方法，如模态解耦控制、基于模型的控制、完整动力学前馈控制及近似反馈线性化控制等。模态解耦控制由于其物理意义明确，能有效的将多输入多输出(MIMO)耦合系统转换为无耦合的单输入单输出(SISO)系统而受到广泛的关注，文献“Decoupled Control of Flexure-Jointed Hexapods using Estimated Joint-Space Mass-Inertia Matrix，IEEE Transactions on Control Systems Technology，12(3)，2004，pp413-421”，提供了一种通过关节空间逆质量阵计算模态变换矩阵(简称模态矩阵)U从而实现模态解耦控制的方法。但由于模态矩阵与并联机构结构参数有关，且在大范围运动时计算机实时计算的模态矩阵会发生模态空间切换，严重时甚至造成系统的振荡。这些问题使得模态解耦控制在工程实现上受到了严重限制，远远未能发挥出其潜在的提高系统控制特性的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种模态空间动压反馈控制器及该控制器的控制参数整定算法。

本发明采用以下技术方案予以实现：

步骤1：液压驱动六自由度并联机构的设定信号x_dex经过运动学反解模块后生成六个液压缸的设定长度信号阵l_com，与六个液压缸的实际长度信号阵l作差运算，生成偏差矩阵e，e＝l_com-l

步骤2：将偏差矩阵e及六个液压缸的工作压力信号矩阵P_L进行模态空间变换，生成模态偏差矩阵e_d及模态工作压力信号矩阵P_d，e_d＝U^Te，P_d＝U^TP_L，此步骤是模态控制的关键所在，通过模态空间变换后，强耦合MIMO控制系统转化为模态空间中6个无耦合SISO系统，即工程人员可运用熟悉的古典控制理论对系统进行校正。

步骤3：在模态空间内进行比例及动压反馈控制，控制律为：

id=Kaed+Kdpτcsτcs+1Pd]]>

步骤4：将模态电流信号矩阵i_d经过模态空间变换转化为实际伺服阀电流给定信号矩阵i输出六个伺服阀，i＝Ui_d。各个伺服阀驱动相应的液压缸进行伸出或缩回动作，完成控制。

其完整的模态控制器结构为：