电液位置伺服系统伪微分反馈级联控制

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1、第卷第期同济大学学报年月电液位置伺服系统伪微分反馈级联控制曾文火石来德哗东船舶工业学院机械系,镇江同济大学机械学院,上侮,侧冷摘要分析间控马达位伺服系统被控对象的数学模型,对电液位伺服采用伪徽分反债级联拉制方法,对控制系统分层推导控制参数计算奋式,并对该拉制方法进行实脸脸证关键词位置控制电液伺服伪微分反馈级联中图法分类号电液位置控制出现在各类机械设备中,如机器人关节控制、机床工作台的位置控制、飞机和舰船的舵机控制、雷达和火炮方位控制等近年来,随着各种机械位置控制精度、响应速度和自动化程度的提高,除对

2、液压元件和系统提出更高的要求外,也对控制技术提出了越来,近年来已,,越高的要求因而不满足传统的控制方法出现各种不同的现代控制策略如自适应控制、变结构控制、模糊控制、神经网络控制、人工智能控制等电液位置伺服系统所采用的伪微分反馈级联控制方法能满足工程上对电液伺服位置控制策略提出的要求,即在保证稳定条件下能提高系统的动态特性对于系统参数变化、外负载干扰和交叉藕合以及非线性因素引起的不确定性,呈现较强的鲁棒性控制算法简单,实时性强控制器给出的最大控制量能使动力机构的极限拖动能力得以充分发挥等电液位置伺服被

3、控系统数学建模,,以对电液位置伺服设计控制系统之前必须先对电液伺服阀和液压马达进行简要分析便建立受控系统的数学模型电液伺服阀将控制器输出的小功率电信号转换成阀芯的位移信号,进而转换成流量或压力等液压信号,并放大为大功率的液压能控制液压执行机构带动负载运动当选用的伺服阀固有频率较高,而系统工作频宽较窄时,伺服阀的输出流量对应输人电流的传递函数〔’可近似看作比例环节一,··一’,,。一‘式中为电液伺服阀流量增益伺服阀输人电流的约束条件为‘毓式中为电液伺服阀的最大输人电流液压马达和电液伺服阀之间直接连接,

4、一般可设阀腔,马达腔和管道的总容积很小而其本文收到第一作者男,年生,教授日期年月国防科工委预研基金资助项目第期曾文火等电液位置伺服系统伪徽分反馈级联控制有效体积弹性模数很大,则工作液体的压缩性影响可以忽略不计液压马达的连续性流量方程为二口氏几·。。’一’式中刀为液压马达的理论排量氏为液压马达轴转角为液压马达和伺··,一‘一’服阀的总泄漏系数由于大多数液压位置控制系统其负载主要是惯性负载,往往没有弹性负载,或弹性负载,甚小因而液压马达的力矩平衡方程式为。几『,。式中为液压马达和负载的折合到马达轴上的总

5、惯量为负载和液压马达的···一’粘性阻尼系数丑为作用于马达轴上的任意外负载力矩根据电液伺服阀的基本方程、和式,可得液压伺服系统这一被控对象液琢马达输出轴转角曰相对其输人电流的传递函数为。曰、一”一产,,。盒几几从上式可以看出,电液伺服阀、液压马达和负载组成的受控对象可等效为二阶系统电液位置伺服级联控制系统结构伪微分反馈一一,简称控制的原则是在前馈回路中对误差只进行一种运算,即积分运算一但为了保,材二证控制系统的稳定性以及理想的控制特性必须提供被控变量的微分量由补偿目的而要求的哭搏份日开开畜怡被控变量

6、的微分必须全部在反馈回路中,并可将部分反馈信号直接送到积分运算控制的后面以降低微分阶次这种在数学上或控制功能上已实现微分运算,而在控制系统实施时并没有进行微分或降低微分阶次的反馈控制行为称作伪图基本一阶被控系统控制方块图微分反馈控制基本一阶被控系统伪微分反馈控制系统如图所示··弓〔,“〕控制系统对阶跃输人的最佳输出响应有关参数的计算公式如下、矛夕了、‘了︻,卫石,凡材由一卜不与到芭吩到业队聋于士十已一舀十一与十一“十一十廊沂蕊钊川嚼一外内中层一层丹‘侧几一一图电液位置伺服伪徽分反馈级联控制系统图同济

7、大学学报第卷为了进一步提高电液位置伺服系统的性能,在伪微分反馈控制的基础上采用状态变量伪微分反馈级联控制策略当电液马达的角位移为控制变量时,速度和加速度则为状态变量整个控制系统由内、中、外三个控制回路级联组成,外环为位置控制回路,中环为速度控制回路,内环为加速度控制回路每一控制回路均采用伪微分反馈控制,控制系统见图控制系统的状态空间模型为”‘万行十〔沈式中。‘。凡扭凡凡尤瓜凡瓜一大﹂工,〕一电液位置伺服伪微分反馈级联控制系统中,外层控制回路相对于中层控制回路来说是,主副回路的关系而中层控制回路相对于

8、内层控制回路来说又是主副回路的关系采用级联控制,副回路的响应速度必须比主回路的响应速度快得多,也就是说,主回路的特征时间常数必须比副回路的特征时间常数大得多,电液控制系统才能获得良好的性能在满足上述条件的情况下,可以将副回路用一饱和值而线性范围内为单位增益的传递函数来表示实验结果表明,当副回路是一阶系统,而主回路是二阶系统时,其特征时间常数之比必须大于当主副,回路都是二阶系统时其特征时间常数之比必须大于将特征时间常数定义为阶跃输人时,控制系统输出达到稳态值的所需要的时