电液伺服系统的切换饱和函数滑模变结构控制

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1、第27卷第1期上海第二工业大学学报Vol.27No.12010年3月JOURNALOFSHANGHAISECONDPOLYTECHNICUNIVERSITYMar.2010文章编号:1001-4543(2010)01-0048-06电液伺服系统的切换饱和函数滑模变结构控制胡盘峰，刘光新(常州信息职业技术学院机电工程系，江苏常州213164)摘要：针对电液伺服系统的参数不确定性问题，基于滑模变结构控制理论，提出了一种切换饱和函数滑模变结构控制方法来消除参数不确定性对系统控制性能的影响，并采用饱和函数平滑不连续控制法，有效地减弱了系统中的抖振现象。仿真实验结果证

2、明，该控制策略具有很强的鲁棒性及良好的跟踪性。关键词：电液伺服系统；切换饱和函数；滑模变结构控制；位置控制中图分类号：TP272；TH137文献标志码：A0引言在轧钢生产向自动化、连续化、高速化方向发展的今天，液压控制系统已成为现代轧钢设备的重要组成部分。本文选取实际生产中的带钢卷取机，期望能利用液压伺服阀控技术结合一些传统与现代之控制技术（如滑模变结构控制方法）针对其中的液压缸做闭回路的定位控制，并且针对不同的控制目标值来验证其性能表现。实际的电液伺服系统总是存在着许多不确定性因素（如系统参数的变化外部扰动、系统的非线性和复杂性所引起的不确定性），使得使用

3、标称数学模型所设计的控制器，在实时控制中往往很难获得满意的控制效果。设计鲁棒性强、具有良好控制性能，并且能消除系统不确定性影响的控制器，仍然是人们十分关注[1]的问题。近几十年来，滑模变结构控制作为一种鲁棒性强的控制方法已经在电液伺服系统的控制方面取[2]得了一些研究成果。本文应用滑模变结构控制理论方法，针对存在不匹配不确定性的电液伺服系统的跟踪控制问题，给出一种滑模控制方法，用以消除系统参数变化的不确定性对控制系统的影响。滑模控制不需要预先确定系统每个参数的变化范围，并且能消除或削弱传统变结构控制所引起的抖动现象。变结构控制在系统达到滑模面后动态品质不受系

4、统本身模型参数的影响。这一特点恰恰适用于电液伺服系统。1电液伺服的数学模型[3]本系统选取带钢卷取机纠偏电液伺服控制系统为研究模型。该系统由液压能源、电液伺服阀、伺服放大器、伺服液压缸、卷取机、PLC控制器和光电检测器等部件组成（如图1）。该系统参考了目前在冶金钢铁厂使用较广泛的带钢纠偏系统的结构型式。该结构型式的原理为：带钢的跑偏位移是系统的输入量；卷取机的跟踪位移是系统的输出量。当带钢跑偏时，带钢边缘偏离检测器中线，引起检测器的探头受到的光线强度发生变化，产生了调节偏差信号。该信号送到PLC的模拟量输入输出扩展模块，经过A/D转换变成数字量，经算法处理后

5、，再由模拟量扩展模块输出至伺服放大器进行信号放大，最后驱动伺服阀差动线圈。输出正比于差动电流的油液流量，使液压油缸驱动卷取机的卷筒向跑偏的方向跟踪，实现带钢的自动卷齐。收稿日期:2009-04-27;修回日期:2009-10-28作者简介:胡盘峰（1978—），男，江苏宜兴人，硕士研究生，主要研究方向为机电控制、CADCAM，电子邮件：hpfchm@126.com；刘光新（1964—）男,山东人，副教授，主要研究方向为液压与气动技术。第1期胡盘峰，刘光新：电液伺服系统的切换饱和函数滑模变结构控制49所要分析的带钢卷参数如下：带钢运行速度v=5m/s，纠偏调

6、节速度vp=0.02m/s，移动距离=±85mm，系统频带宽度=2rad/s～3rad/s，钢带边部误差<±2mm，光电检测器的增益为Ki=188.6A/m，负载质量为GG12+340002m===34.7kgf.s/cm(其中卷取机移动部件总重G1=20t，最大钢卷重量为17t)。g981图1电液伺服系统机构简图Fig.1Machinerydiagramofelectro-hydraulicservosystem（图中：1.钢带卷,2.卷筒,3.光电检测器,4.PLC控制器,5.伺服放大器,6.电液伺服阀,7.能源装置,8.伺服液压缸）[3]为了便于研究，

7、将伺服阀的数学模型简化。伺服阀传递函数-3Qs()K2.3´10vWv(s)===22Is()s2xsss2´0.3V++1++122ww1021023式中：K为伺服阀流量增益m/(s•A)，w为伺服阀固有频率rad/s，x为伺服阀阻尼比。vV液压缸的连续性方程为121wYs()Ah7.4´10-3Wy(s)===222Qs()s(ss++2)xhwwhhæös2´0.3ssç÷++12èø55.255.22切换饱和函数滑模变结构控制设计方法（C-S-SControl）[4－5]若是滑模变结构控制的切换条件可以真正达成，理论上可以认为系统确实拥有无穷大的切换

8、频率，则理想的滑模结构是可以存在的。然而，由于实际的