基于Backstepping的电液伺服系统多级自适应滑模控制
管 成 朱善安
(浙江大学电气工程学院 杭州 310027)
摘要 针对电液伺服系统的非线性特性、系统参数及外部负载的非匹配不确定性,在电液伺服系统的位置跟踪控制中,提出了基于Backstepping逆向递推技术的多级自适应滑模控制方法,应用Backstepping的逆向递推方法有效地解决了高阶系统的控制问题,并结合了自适应方法和滑模控制方法各自优良的抗干扰特点。仿真结果显示,该控制方法具有较强的鲁棒性及良好的跟踪性能。
关键词 电液伺服系统 逆向递推 滑模控制 自适应控制
中图分类号 TP271 文献标识码 A 国家标准学科分类与代码 120.3010
1 引 言
在工程上,电液伺服位置控制系统得到了广泛应用,例如:数控机床的定位控制及加工轨迹控制、火炮的瞄准、雷达天线的跟踪控制等。因此设计一种能够克服系统非线性特性,抗干扰性强和具有良好跟踪性能的位置控制器仍然是一个非常重要的研究课题。
传统的控制方法一般是在工作点处对系统进行近似线性化处理,然后应用线性控制理论进行控制器的设计。但是在液压系统中工作点一般不是固定的,这样通过近似线性化处理的系统模型就存在较大的误差,使控制性能下降,为此,近来一些学者采用了状态反馈精确线性化的控制方法如文献[1~2],由于滑模变结构控制算法简单,抗干扰性能好,所以滑模控制与状态反馈精确线性化控制相结合的控制方法得到了国内外的普遍重视,但是对高阶系统来说,滑模控制器的设计仍然较为复杂,且滑模变结构控制要求不确定性满足匹配条件[3],然而液压系统的不确定性往往是非匹配的,且系统阶次较高,针对这些特点,基于Backstep-ping[4]的逆向递推技术,这里引入虚拟控制量的概念,综合了自适应控制和滑模控制的优点,并且在自适应控制中又结合了鲁棒控制设计的方法,设计了一种多级自适应滑模控制器,进行电液伺服系统的位置跟踪控制。
2 电液伺服系统动力学模型
文中所研究的液压伺服系统为阀控马达位置跟踪系统。假设没有弹性负载,系统各元件之间的连接管路对称且短而粗,不考虑系统的外部泄漏,则整个系统的动力学模型可用以下方程来表示[5]:
5 结 论
文中针对电液伺服系统所存在的非线性特性、参数不确定性,且不确定性不满足匹配条件,引入虚拟控制量的概念,提出了基于逆向递推方法的多级自适应滑模控制,把整个系统分成了一个二阶和一个一阶两个子系统,对其进行递推式的分步滑模自适应控制,从而简化了控制器的设计,使计算量大为减少;利用参数自适应和鲁棒控制相结合的方法,使控制器具有较强的抗干扰性,从而达到跟踪控制的目的。仿真结果表明,采用本文提出的控制器设计方法,在电液伺服系统的位置跟踪控制中能很好的克服系统的非线性特性、参数不确定性以及负载扰动的影响,达到较高的跟踪精度。
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