数字缸伺服系统线性二次型最优控制仿真研究.pdf

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1、机械设计与制造第7期12MachineryDesign&Manufacture2014年7月数字缸伺服系统线性二次型最优控制仿真研究张新宇1I2，宋锦春，于晓光(1．东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳l10819；2．辽宁科技大学机械工程与自动化学院，辽宁鞍山l14051)摘要：根据数字缸伺服系统的框图结构，建立了系统的状态空间方程数学模型；利用线性二次型最优控制理论，给出相应控制算法，设计了系统最优控制器，并通过MATLAB对系统特性进行仿真分析；对于采用最优控制算法前后的系统分别进行了阶跃响应和

2、频率响应仿真分析，以验证该算法对系统动态特性的影响，同时又探讨了最优控制器中的加权矩阵对系统稳定性的影响。仿真结果表明，最优控制算法改善了系统动态品质，实现简单，且控制精度高，工程实用性强。关键词：数字缸；线性二次型；最优控制；加权矩阵：仿真中图分类号：TH16；TH137文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)07—0012—03SimulationResearchBasedonLinear-QuadraticOptimalControlofDigitalHydraulicCylinde

3、rServoSystemsZHANGXin-yu一，SONGJin-chun，YUXiao-guang(1．SchoolofMechanicalEngineering＆Automation，NortheasternUniversity，LiaoningShenyang110819，China；2．SchoolofMechanicalEngineering＆Automation，UniversityofScience＆TechnologyLiaoning，LiaoningAnshan114051，Chin

4、a)Abstract：Themathematicalmodelofstate-spaceequationisestablishedaccordingtoblockdiagramstructureofdigitalhydrauliccylindersystem．CorrespondingcontrolalgorithmandoptimalcontrollercitedesignedtosystemaccordingtOlinear—quadraticoptimalcontroltheory．Simulat

5、ionanalysisofsystempe~formanceisfinishedwithMATLAB．Thesimulationanalysisofstepresponseandfrequencyresponseforsystemwithandwithoutoptimalcontrollerisfinishedrespectivelyinorderthatwhetherthealgorithmisofinfluenceondynamicpe咖rmanceornot．Andtheinfluenceonsy

6、stemstabilityforweightedmatrixofoptimalcontrollerisdiscussed．Thesimulationresultsshowthatoptimalcontrolalgorithmimprovessystemdynamicqualityandisrealizedeasilyandhashighcontrolprecisionandengineeringpracticability．KeyWords：DigitalHydraulicCylinder；Linear

7、-quadratic；OptimalControl；WeightedMatrix；Simulation1引言大型的或复杂的控制系统设计中，已经取得了富有成效的实际应用；其可以消除动态误差，保证控制精度，有效提高系统稳定裕最优控制理论是现代控制理论的一个重要组成部分，是一度，组成实时控制。门工程背景很强的学科分支，其研究的主要问题是根据已建立的将线性二次型最优控制理论应用于数字缸伺服系统中控制被控对象的数学模型，选择一个容许的控制率，使得被控对象按算法的设计并通过数值模拟仿真实验分析和验证其对系统动态预定

8、要求运行，并使给定的某一『生能指标达到极大值或极小值。特性的影响。对于线性系统，若性能指标取为状态变量和控制变量二次函数的积分，则最优控制问题称为线性系统具有二次型性能指标2数字缸伺服系统数学模型的最优控制问题，简称线性二次型问题。由于线性二次型问题的数字缸伺服系统方框图，如图1所示。最优解有着相同的解析式，并导致一个简单的线性状态反馈控制率，工程上容易实现闭环最优反馈控制，因此线性二次型问题在现代控制理论中具有典型意义和实际工程应用价值，