基于LabVIEW的滑模变结构控制实验研究

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1、基于LabVIEW的滑模变结构控制实验研究TheexperimentbytheslidingmodevariablestructurecontrolbasedonLabVIEW董彩云DONGCai-yun（燕山大学，秦皇岛066004）摘要：针对电液伺服系统的控制特点和性能要求，将滑模变结构控制方法应用到电液伺服系统中。以某材料试验机为研究对象，借助LabVIEW软件设计了一种滑模变结构控制器，并进行了大量的实验研究。实验结果表明，滑模变结构控制器能够使电液伺服系统具有良好的动态性能和较强的鲁棒性。同时实验研究了滑模变结构控制器的参数变化对动态性能的

2、影响，为工程应用奠定了基础。关键词：电液伺服系统；滑模变结构控制；鲁棒性；材料试验机中图分类号：TP271.31文献标识码：B文章编号：1009-0134(2009)05-0022-050引言置、速度、压力控制系统，所以它还是电液伺服系统控制技术研究的理想试验台。根据系统的流量方变结构控制(VariableStructureControl，VSC)本程、力平衡方程等经简化可得到系统的传递函数质上是一类特殊的非线性控制，其非线性表现为控为：制的不连续性[1]。这种控制策略与其他控制策略的不同之处在于系统的“结构”并不固定，其结构可以在动态过程中，根据系

3、统当前的状态(如偏差及其(1)各阶导数等)有目的的不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动。所以又常称变结构控式中Y—传感器所测得的实际位移制为滑动模态控制(SlidingModeControl，SMC)，即K—伺服阀的静态-流量放大系数(即在一定的sv滑模变结构控制。由于变结构控制具有快速响应、供油压力下，伺服阀额定流量与额定电流的比值，对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识、物也称流量增益)理实现简单等优点，使得该理论在机器人、航天航K—位移传感器放大增益s空和伺服系统领域有着广泛的应用[2~5]。K—伺服放大器放大增益p本文以某材

4、料试验机为研究对象，借助A—液压缸活塞的面积pLabVIEW软件设计了滑模变结构控制器，并对该试w—液压固有频率h验机进行了大量的实验研究。实验可分为3部分：x—液压阻尼比h两种控制方法的实验对比研究、供油压力对位置闭U—控制器的输出指令环以及滑模控制器参数变化对其动态特性的影响。1滑模变结构控制器的设计其中(2)1.1材料试验机的数学模型电液伺服材料试验机是材料力学试验机中精度(3)最高的一种试验机，是精确研究材料的力学性能、模拟零件、部件，甚至整机在实际使用状态下的力式中be—油液的有效体积弹性模量学性能的有力试验手段，由于材料试验机上装有位Vt

5、—总压缩容积收稿日期：2008-11-17作者简介：董彩云（1982－），女，工学硕士，主要研究方向为滑模变结构控制及其应用。【22】第31卷第5期2009-05m—活塞、油液及负载等效到活塞上的总质量滑动模态的动态品质。令式(15)系数矩阵的特征根tK—总流量-压力系数等于给定极点，就可以求得c及c的值。ce12B—活塞以及负载的粘性阻尼系数1.2.2控制函数的确定1.2滑模变结构控制器的设计本文系统采用主比例控制，将控制策略u=j1e1带入到式(7)得：假定为给定输入信号，定义系统的偏差向量为：(4)(12)则写出以偏差向量为状态变量的控制系统状

6、态方程：当输入为阶跃响应时，很容易证明f=0。r为保证滑动模态的存在，满足可达性条件也就是说在s=0以外的任意点均能在有限的时间内达到(5)切换面s=0，控制函数u就必须满足下面不等式：(13)式中e—输入位移与输出位移之间的位移差由滑动模态的存在性条件如式(13)所示，可解1e—输入位移与输出位移之间的速度差2e—输入位移与输出位移之间的加速度差3得：(14)其中式中sup()为上确界函数，inf()为下确界函数。。c

7、可得到2控制系统的组成(7)2.1控制系统硬件部分的实现1.2.1切换函数的确定本文采用极点配置方法设计切换函数。极点配本次实验的硬件部分由下面几部分组成：置方法[6]因其设计简单，工程实现方便而得到了广1）微型计算机基本配置如下：P4-2.4GCPU；泛的应用。120G高速硬盘；256MB内存。将状态方程(5)写成分块矩阵形式2）位移传感器本文采用材料试验机作为实验控制对象，在油缸活塞杆的另一端带1只位移传感器，检测出位移信号，作为模拟输入的发生端，旨在形成位移闭环，以判断所设计的控制器的控制效(8)果。所采用的位移传感器是美国BEIDUNCAN公

8、司超精密度导电塑料基片以及铂金电刷组装而成的直线位移传感器(俗称电子尺，电阻尺)。(9)3）电液伺服阀本实验