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反饋線性化控制一臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)液壓傳動(dòng)
控制工程實(shí)踐, 15卷, 12期, 2007年12月,頁(yè)1495至1507頁(yè)
Jaho Seo, Ravinder Venugopal 和 Jean-Pierre Kenné
摘要
線性反饋技術(shù)是用于設(shè)計(jì)控制器的位移、速度和控制液壓往復(fù)傳動(dòng)的壓差。該控制器,應(yīng)用了平方根非線性系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué),用于實(shí)施實(shí)驗(yàn)性測(cè)試平臺(tái)和成果的績(jī)效評(píng)估測(cè)試。本研究的目的是雙重的:第一,以目前的一個(gè)統(tǒng)一的方法跟蹤控制的位移,速度和壓差;第二,通過(guò)實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題的系統(tǒng)是否可以以足夠的精確度模仿,從而有效地取消了非線性在實(shí)際體系中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:非線性控制;反饋線性化;液壓作動(dòng)器;實(shí)時(shí)系統(tǒng)
1 導(dǎo)言
電液伺服液壓系統(tǒng)( ehss )廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè),涉及到液壓沖壓、注塑成型機(jī)和航天飛行控制致動(dòng)器。電液伺服液壓系統(tǒng)作為非常有效的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),擁有高功率/質(zhì)量比,反應(yīng)快,高剛度,高承載能力等優(yōu)點(diǎn)。最大限度地利用液壓系統(tǒng),并滿足日益嚴(yán)格的性能要求,魯棒跟蹤精度高和快的響應(yīng)速度是高性能伺服控制器所需要的。但是,傳統(tǒng)的線性控制器( [Anderson, 1988年]和[Merritt, 1967年] )的局限性在于非線性動(dòng)力學(xué)在電液伺服液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用,具體地說(shuō),一個(gè)平方根關(guān)系壓差驅(qū)動(dòng)流的液壓流體和流速。這些限制已在文獻(xiàn)上都有記載了,見(jiàn)Ghazy( 2001 ) ,Sun and Chiu( 1999 ) ,例如:
若干做法已被提出,以解決這方面的不足,包括使用變結(jié)構(gòu)控制(Ghazy , 2001年; Mihajlov, Nikolic, & Antic , 2002年) ,回步(Jovanovic, 2002年; [ kaddissi等人, 2005年]和[ kaddissi等人, 2007年]; ursu &Popescu, 2002年)和反饋線性( [[Chiriboga et al., 1995年]和[Jovanovic, 2002年] ) 。變結(jié)構(gòu)控制在其基本形式是容易的抖振( guglielmino &Edge, 2004年)因?yàn)榭刂扑惴ㄊ腔谵D(zhuǎn)換的;但是,提出了一些方案來(lái)解決這一問(wèn)題( [ ghazy , 2001年] , [ guglielmino and Edge, 2004 ] and [Mihajlov et al., 2002年] ) ?;夭竭@種技術(shù),是基于Lyapunov理論,并保證漸近跟蹤( [Jovanovic, 2002,] , [ kaddissi等人, 2005年] , [Kaddissi et al., 2007年]和[[Ursu and Popescu, 2002]) ,但是,尋找一種適當(dāng)應(yīng)用函數(shù)的技術(shù)具有挑戰(zhàn)性。使用這種方法的控制器具有典型的復(fù)雜性而且校正控制參數(shù)瞬態(tài)響應(yīng)也不直觀。其他的Lyapunov為基礎(chǔ)的技術(shù)解決了系統(tǒng)的非線性如摩擦,但也容易產(chǎn)生同樣的缺點(diǎn)(Liu & Alleyne, 1999年) 。反饋線性化,實(shí)現(xiàn)了非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一個(gè)等價(jià)的線性系統(tǒng)有效地抵消閉環(huán)系統(tǒng)中的非線性計(jì)算,并提出了一種解決非線性系統(tǒng)的方法,同時(shí)也允許使用動(dòng)力線性控制設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)研究瞬態(tài)響應(yīng)要求和舵機(jī)的局限性。使用反饋線性控制電液伺服液壓系統(tǒng)已被描述在Chiriboga et al. (1995) and Jovanovic (2002) 、Br?cker and Lemmen ( 2001 )的書(shū)里,為跟蹤控制的液壓柔性機(jī)器人而進(jìn)行的抗擾被認(rèn)為是利用解耦技術(shù)類(lèi)似的反饋線性化方法提出了此處。但是,這種方法需要測(cè)量干擾勢(shì)力及其衍變的時(shí)間,在實(shí)際應(yīng)用中這是不太可能的。與上述提到的都是以全狀態(tài)反饋為基礎(chǔ)的做法相比,Sun and Chiu( 1999 )提出了設(shè)計(jì)一個(gè)基于觀測(cè)器的算法,專(zhuān)門(mén)為部隊(duì)控制的一個(gè)電液伺服液壓系統(tǒng)。一個(gè)采用迭代的方法設(shè)計(jì)的自適應(yīng)控制器來(lái)更新控制參數(shù)并解決由于較小廠房和擾動(dòng)知識(shí)造成的摩擦影響在這里被提出Tar, Rudas, Szeghegyi, and Kozlowski (2005)模型的基礎(chǔ)上,在Br?cker and Lemmen (2001) 描述了。
大部分的文獻(xiàn)就此有著相仿的記錄,與實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果Liu and Alleyne (1999), Niksefat and Sepehri (1999), Sugiyama and Uchida (2004) 表現(xiàn)出的明顯的例外 。本研究的重點(diǎn)是介紹一種全面的控制器設(shè)計(jì)方法,也就是涵蓋位移、速度和壓差控制的設(shè)計(jì),它提出非線性在電液伺服液壓系統(tǒng)中的弊端并探討像瞬態(tài)響應(yīng)和實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)這樣的實(shí)際性問(wèn)題。因此,文中重要的部分是關(guān)于實(shí)驗(yàn)方面的研究。此外,這篇文章可以作為一個(gè)明確的指導(dǎo),幫助其制定和實(shí)施反饋線性化控制器在電液伺服液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用。
本文的組織結(jié)構(gòu)如下:第2節(jié)提出了旋轉(zhuǎn)液壓傳動(dòng)是用來(lái)作為實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)。在這一節(jié)中,該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模,還審查和審定了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。第3節(jié)描述設(shè)計(jì)PID控制器通過(guò)模仿和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)反饋線性控制器的基線業(yè)績(jī)進(jìn)行考核;第4節(jié)描述了設(shè)計(jì)和實(shí)施反饋線性控制器,結(jié)束語(yǔ)提供在第5節(jié)。
2 建模
系統(tǒng)說(shuō)明
這項(xiàng)研究的電液伺服系統(tǒng)是一種旋轉(zhuǎn)液壓傳動(dòng)技術(shù)在LITP(實(shí)驗(yàn)室Intégration萬(wàn)德科技生產(chǎn))的大學(xué)學(xué)院魁北克比涅技術(shù)高等學(xué)校(éTS ) 。此設(shè)立是通用,并允許簡(jiǎn)單的延伸結(jié)果應(yīng)用于其他電動(dòng)液壓系統(tǒng),例如雙作用氣缸。 談到部分函數(shù)功能圖,如圖 1 ,直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵,泵提供了石油在恒定的應(yīng)壓力下,從油箱到系統(tǒng)的每個(gè)部分。石油是用于運(yùn)轉(zhuǎn)該液壓致動(dòng)器并通過(guò)大氣壓力經(jīng)由伺服閥回到油箱。一個(gè)蓄能器和一個(gè)減壓閥是通過(guò)泵的輸出量來(lái)維持一個(gè)穩(wěn)定的供應(yīng)壓力。電液伺服系統(tǒng)包括兩穆格系列73伺服閥來(lái)控制運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器和系統(tǒng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。這些伺服閥操作,由歐泊-逆轉(zhuǎn)錄實(shí)時(shí)數(shù)字控制系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓信號(hào)所驅(qū)動(dòng)。
圖。 1 。功能圖的電液控制系統(tǒng)
致動(dòng)器和負(fù)載都和液壓馬達(dá)相連,由一個(gè)共同的軸、一個(gè)伺服閥調(diào)節(jié)動(dòng)器流體流量和調(diào)節(jié)其他流量負(fù)載。動(dòng)運(yùn)行在一個(gè)封閉的回路,而負(fù)荷運(yùn)行在開(kāi)環(huán)中,與負(fù)載轉(zhuǎn)矩成正比并控制伺服閥電壓負(fù)荷,盡管動(dòng)器和負(fù)載在此項(xiàng)研究中是一種旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器,同樣的設(shè)立可用于直線驅(qū)動(dòng)器和負(fù)載,因此,它們派代表作為通用組件圖。 1 。測(cè)試包括3個(gè)傳感器,兩個(gè)努肖克系列200個(gè)壓力傳感器,以0-10 V輸出相應(yīng)的一定范圍內(nèi)的20.7兆帕斯卡( 3000 PSI ),可以測(cè)量這兩個(gè)商會(huì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的壓力,而且是一個(gè)測(cè)速儀測(cè)量角速度的驅(qū)動(dòng)器。為了減少傳感器的個(gè)數(shù)(一種常見(jiàn)商業(yè)應(yīng)用程序) ,用于進(jìn)行數(shù)控整合角速度測(cè)量的角位移得到應(yīng)用。
圖 2 顯示該套系統(tǒng)的布局和蛋白石逆轉(zhuǎn)錄實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化控制系統(tǒng)。
圖 2 布局litp試驗(yàn)臺(tái)。
該逆轉(zhuǎn)錄實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)包括一個(gè)實(shí)時(shí)目標(biāo)和PC主機(jī)。實(shí)時(shí)目標(biāo)按照了一個(gè)專(zhuān)門(mén)的商業(yè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)( QNX的) ,采用模擬到數(shù)字(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換板來(lái)讀取傳感器信號(hào)來(lái)產(chǎn)生輸出電壓信號(hào),伺服閥采用數(shù)字至模擬( D /I)轉(zhuǎn)換顯示板。主機(jī)PC ,是用來(lái)產(chǎn)生代碼,利用Matlab / Simulink和蛋白石逆轉(zhuǎn)錄的逆轉(zhuǎn)錄實(shí)驗(yàn)室軟件,并監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。控制參數(shù),還可以調(diào)整來(lái)自RT-LAB的on-the-fly。
3 結(jié)論
這項(xiàng)研究的目標(biāo)是探討非線性動(dòng)力學(xué)的輪訓(xùn)液壓傳動(dòng)技術(shù),研究這些如何動(dòng)態(tài)產(chǎn)生PID控制器性能的局限性,以及設(shè)計(jì)和使用適合于位移、速度和壓力控制的伺服控制器。反饋線性理論被引入作為一種非線性控制技術(shù),在這項(xiàng)研究中實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),而且設(shè)計(jì)使用這種方法的控制器在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中惡道了很好的利用。
從這些測(cè)試中可以看出液壓系統(tǒng)有非線性特性,反饋線性理論提供了強(qiáng)有力的控制策略,這顯然提高了對(duì)PID應(yīng)用在跟蹤精度和瞬態(tài)響應(yīng)方面的控制。研究結(jié)果表明該系統(tǒng)可以以足夠被模仿,從而有效地應(yīng)用于控制器。
這項(xiàng)研究?jī)H限于控制輪訓(xùn)液壓傳動(dòng)。應(yīng)用反饋線性理論來(lái)控制更復(fù)雜的綜合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和線性驅(qū)動(dòng)器,以及如摩擦等方面的影響,可被視為未來(lái)擴(kuò)展這方面工作的方向。