[发明专利]针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法及系统

说明书

本发明公开了一种针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法及系统。所述补偿方法包括获取阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗、阀控缸力阻抗控制系统数学模型以及阀控缸伺服缸参数；根据所述外环阻抗确定补偿控制策略；根据所述阀控缸伺服缸参数对所述阀控缸力阻抗控制系统数学模型进行简化分离，确定所述阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数；根据所述补偿控制策略以及多个所述传递函数确定补偿控制器；根据所述补偿控制器对所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗进行补偿，确定补偿后的外环阻抗；采用本发明所提供的补偿方法及系统能够提高高集成性阀控缸力阻抗控制系统的控制精度，改善了传统力阻抗控制系统的鲁棒性，且具有很好的工程实用性。

技术领域

本发明涉及流体传动与控制领域，特别是涉及一种用于液压驱动型足式机器人的针对高集成性阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法及系统。

背景技术

阀控缸系统是液压系统中最为常用的组成形式之一，在航空航天、冶金、工程机械、农业机械、先进制造等领域有着广泛应用，而高集成性阀控缸作为更高功率密度的阀控缸结构，其在航空作动器、高性能足式机器人等应用对象上具有无可比拟的优势；但以上应用对象不同于传统的民用机械设备，其应具备杰出的控制性能，以保证其能在复杂的环境下具有很好的适应性，这使得高集成性阀控缸应具有轻量化、高响应等特点，同时关于高集成性阀控缸的结构设计优化和补偿控制方法的研究也更具有现实意义。

足式机器人在实际运动过程中所使用的一种常用控制方法为阻抗控制，其控制目的是使机器人腿部关节具备一定的柔顺性，使机器人整条腿等效为一种具备期望刚度、阻尼和质量的二阶质量-弹簧-阻尼系统，该种控制方法已经成功应用于多个电机驱动的足式机器人领域中，如：Tekken、Scout、KOLT、MIT cheetahrobot、spotmini等。近年来，随着液压驱动的足式机器人逐渐成为研究热点，阻抗控制方法也应用在了这类机器人中，如：Bigdog，HyQ，Scalf-1，LWRrobot，StarlETH，Atlas等；传统的阻抗控制的基本实现原理都是以液压控制系统作为控制内环，当系统受到外干扰作用时，通过阻抗控制外环，对外干扰信号进行信号转换(通常情况下是位置与力之间的转换)以改变内环的输入，从而使系统实现阻抗参数；机器人行走在不同环境工况下时，腿部所需要实现的阻抗参数各不相同，如果机器人腿部不能实现期望的阻抗参数，那么势必会对其缓冲效果、步态、稳定性和行走速度等方面产生不利影响，所以机器人腿部阻抗控制的精度十分重要。

但实际情况下，由于液压系统数学模型阶数较高，且具有固有的非线性、参数时变性、强耦合性以及负载复杂多变性，在多因素的共同作用下，导致传统的阻抗控制方法在液压系统中很难具有令人满意的控制精度，且抗干扰性能低。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法及系统，以解决传统的阻抗控制方法在液压系统中控制精度以及抗干扰性能低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法，包括：

获取阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗、阀控缸力阻抗控制系统数学模型以及阀控缸伺服缸参数；所述阀控缸伺服缸参数包括进油腔容积、回油腔容积、负载刚度、伺服缸左腔压力、伺服缸右腔压力、回油压力以及伺服缸有效活塞面积；

根据所述外环阻抗确定补偿控制策略；

根据所述阀控缸伺服缸参数对所述阀控缸力阻抗控制系统数学模型进行简化分离，确定所述阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数；

根据所述补偿控制策略以及多个所述传递函数确定补偿控制器；

根据所述补偿控制器对所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗进行补偿，确定补偿后的外环阻抗。

可选的，所述根据所述外环阻抗确定补偿控制策略，具体包括：