分析液压作动器的全局滑模控制研究

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1、学兔兔www.xuetutu.coml訇化液压作动器的全局滑模控制研究GIobalslidingmodevariablestructurecontrolforhydraulicactuator孙璐，郑春胜．SUNLu，ZHENGChun-sheng(北京航天自动控制研究所，北京100854)摘要。液压作动器是一种典型的非线性、参数不确定性系统，且其作用任务复杂，传统的滑模控制难以保证系统在趋近模态时具有较好的动态性能和鲁棒性。针对这一问题，提出了一种适用于液压作动器的全局滑模控制器，使系统从初始时刻就一直运动在滑模面上，实现系统响应全过程的

2、鲁棒性。将该控制器应用于液压作动器的位置伺服仿真实验中，仿真结果表明设计的全局滑模控制器具有较好的动态特性，对外负载变化具有较强的鲁棒性。关键词：液压作动器；全局滑模控制器中圈分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1009—0134(2014)08(上)一0019-04Doi：10．3969／J．Issn．1009-0134．2014．08(上)．05nj_-=苎=．ul苗法。模糊控制⋯和神经网络控制已经在液压作液压作动器具有高功率重量比、高刚度、高动器的控制上得到了应用，但是他们在控制过程负载能力等优点，因而在机器人、大型机械设中，对

3、外负载变化和扰动的抑制效果欠佳。滑模备、航空航天等领域得到了广泛应用。然而，液控制是一种非线性控制方法，其对于系统不确定压作动器系统是一种典型的参数不确定非线性系性及外扰动具有较强的自适应性，传统的滑模控统，其阀控动力机构流量非线性对系统性能影响制系统包括趋近模态和滑动模态，但系统在趋近较大，且时变、外负载干扰及非线性因素也导致模态时对系统参数摄动和外部干扰比较敏感，因了系统模型参数很大程度的不确定性。此系统的动态性能和鲁棒性受到一定限制。针对由于液压作动器模型的非线性和参数不确定传统滑模控制的不足，Lu等提出了一种全局滑模性，传统的PID

4、控制算法已经很难满足液压作动控制器，设计新的滑模面来消除滑模控制趋近运器高精度、高速度的控制要求，各国学者针对液动阶段，克服了系统非线性，时变等因素影响。压作动器的特性也在不断研究新的控制策略和方首先建立了液压作动器的数学模型，深入分图1液压作动器示意图收奠日l：2014-03-26作者簧介：孙璐(1989一)，女，天津人，硕士研究生，研究方向为导航制导与控制。’第36卷第8期2014-08(上)【19】学兔兔www.xuetutu.comI匐化析了模型的非线性特性及模型中各参数变化范围，在此基础上，推导了一种全局滑模控制算／(，t)=[(

5、)，()，(，f)]法，设计新的滑模面来消除滑模控制趋近运动阶段，很好的克服了系统非线性，时变等因素的不Z(x,0一l箱+l良影响，提高了液压作动器的控制性能。最后通过仿真实验验证了上述方法的正确性和有效性。(x，r)=一l++{1液压作动器建模液压作动器由电液伺服阀和对称缸组成，液伽卜耦+]压作动器活塞连接负载，负载与环境的接触为弹簧阻尼模型，液压作动器工作原理如图1N示。整个液压作动器系统负载力平衡方程如下：=I+EyR2l(Pl—P2)：，，j+++(t)(1)其中：X表示负载位移，m表示负载质量，A=()√一十(“)√一表示液压作动

6、器腔体表面积，P表示进油腔压强，R2=(H)√一+(”)√一p表示回油腔压强，b表示负载与环境接触速度阻尼系数，k表示负载与环境接触弹性系数，F(t)表m=m+m(vA+x]＼+。～以7示外部干扰力与未建模摩擦力等。根据液压作动器的流量连续方程：2全局滑模控制器设计从式(5)得到，液压作动器为一非线性系A2+c(一)+=统，并RE，C和cn参数由于不同的温度和环境，，，．(2)在系统运行整个过程中不断变化，W和P也是不+c(一)：+Q2y断变化的参数，由于运动过程中负载也可能不断其中：V。表示初始时刻进油腔体积，V表示变化，因此m，k和b也

7、在不断变化。因此对于整个初始时刻回油腔体积，C。表示液压作动器内漏系系统而言，其为一参数不确定的非线性系统。但数，E表示液压作动器等效容积弹性模数，Q。表是由于各参数均具有实际物理含义，在系统运行示进油腔流量，Q：表示回油腔流量，分别为：过程中，参数大小不存在突变情况，因此在实际物理系统中可作如下假设。=●厂／[()+(一)_]假设1：S(x，t)~lld(x，f)满足rr3、Q2=w、／[()+(一)虿]一血(，t)≤，i=1，2，3．．dmmd(x，f)≤d～【oJ其中：C表示流量系数，W表示阀芯面积梯度，P表示流体密度，表示阀位移，可

8、用假设2：g【x,tJ满足=九表示㈣，其中，U表示控制量，九表示放，g【Ilig(x，t)≤g，g(x，t)>0(7)大系数。定义：～【0／f：』／f0(4)设位置指令为=[Xr