电液伺服系统多余力补偿及数字控制策略研究

论文摘要

电液伺服系统具有响应快、精度高、传递功率大的特点,广泛应用于国防工业及国民经济各个领域,电液伺服系统的协同控制是其中一类重要应用。电液伺服对顶协同控制系统的工作原理与飞行器设计的重要地面实验设备——负载模拟器相同,多余力是对顶协同控制系统中的重点及难点问题。本文以电液伺服对顶协同控制系统为研究对象,运用电液伺服数字控制技术,主要针对小力值加载的多余力的补偿问题进行研究。本文总结了国内外学者对多余力的补偿方法,对电液力系统的控制策略进行了综述,在此基础上,根据对顶协同控制系统结构及运动特点,分析并提出了多余力等对顶协同控制中的关键问题,确定了本论文主要研究内容和目标。根据对顶协同控制系统工作原理和过程,进行了解析建模和系统辨识建模的方法研究,充分考虑到伺服阀阀口非线性、液压缸泄漏和摩擦等非线性因素,建立了对顶协同控制系统的功率键合图模型。并进行了对顶同步位置、力加载系统时域仿真、频域计算和键合图仿真研究。对多余力的产生机理进行深入分析,对其工作特点进行研究,针对多余力及其补偿策略进行了键合图仿真验证。结构不变性补偿（SIC）方法根据活塞的运动速度计算补偿流量,进而补偿对顶协同控制系统中的多余力,是研究多余力补偿的理论基础。ISIC控制策略改进了SIC方法,在理论上解决了速度估计中的不确定因素,可有效实现多余力的补偿。基于迭代学习的ISIC控制,是智能化的ISIC控制,实现了ISIC参数的自动优化和整定。实验研究结果表明,模型研究是正确的,基于迭代学习的ISIC控制有效补偿了多余力。针对对顶协同控制系统中的位置控制机构,提出辨识零相差跟踪控制方法,在控制策略中依据系统辨识的结果,在闭环系统之外设计动态补偿环节,通过对消闭环系统零极点的方法来改善位置系统的动态性能。最后,基于数字控制器的要求,研制了基于工业控制计算机和以太网的主从式网络拓扑结构的控制器,采用WinCE嵌入式操作系统提高系统的可靠性,采用Matlab/RTW和VC++混合编程技术,提高控制策略的开发效率,将前述的各种控制策略予以实现,达到了预期的结果。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题来源及研究背景和意义
• 1.2 对顶协同控制实验台原理与分析
• 1.2.1 对顶协同控制实验台组成及原理
• 1.2.2 对顶协同控制中的关键问题分析
• 1.3 多余力及电液力控制国内外研究概况
• 1.3.1 多余力补偿方法
• 1.3.2 电液力控制国内外研究现状
• 1.4 论文主要工作
• 2 电液伺服对顶协同控制实验平台建模
• 2.1 引言
• 2.2 电液伺服对顶协同控制基本原理
• 2.3 系统数学模型的建立
• 2.3.1 动力机构基本方程
• 2.3.2 位置系统数学模型
• 2.3.3 施力系统数学模型
• 2.3.4 其它方程
• 2.3.5 对顶协同控制系统模型
• 2.4 系统辨识建模研究
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 辨识建模相关说明
• 2.5 系统键合图模型
• 2.5.1 基本方程键合图建模
• 2.5.2 对顶协同位置系统键合图模型
• 2.5.3 对顶协同力系统键合图模型
• 2.5.4 对顶协同控制系统键合图模型
• 2.6 小结
• 3 电液伺服多余力分析与系统仿真
• 3.1 引言
• 3.2 电液伺服系统的多余力问题
• 3.2.1 多余力定义
• 3.2.2 多余力的产生及分类
• 3.2.3 对顶协同控制多余力特点分析
• 3.3 系统仿真研究
• 3.3.1 对顶协同控制实验台参数
• 3.3.2 相关参数的估算与实测
• 3.3.3 对顶协同位置系统仿真
• 3.3.4 对顶协同力加载系统仿真
• 3.4 系统键合图仿真
• 3.4.1 位置系统仿真及实验结果
• 3.4.2 对顶协同力系统仿真
• 3.4.3 多余力仿真
• 3.4.4 多余力补偿键合图仿真
• 3.5 小结
• 4 电液伺服多余力补偿与控制策略研究
• 4.1 引言
• 4.2 结构不变性补偿方法
• 4.2.1 结构不变性原理的基本概念
• 4.2.2 结构不变性补偿方法
• 4.2.3 实时速度估计
• 4.3 改进的结构不变性补偿方法
• 4.3.1 问题的提出
• 4.3.2 ISIC控制
• 4.4 基于迭代学习的ISIC控制
• 4.4.1 问题的提出
• 4.4.2 迭代学习控制概述
• 4.4.3 闭环迭代学习控制研究
• 4.4.4 迭代ISIC控制原理
• 4.5 协同控制位置系统的跟踪控制研究
• 4.5.1 问题的提出
• 4.5.2 零相差跟踪控制
• 4.5.3 辨识零相差控制
• 4.6 小结
• 5 控制器关键技术与实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 电液伺服对顶协同控制系统组成
• 5.2.1 伺服阀功率放大电路
• 5.2.2 力传感器放大电路
• 5.2.3 力传感器保护电路
• 5.3 控制软件实现关键技术
• 5.3.1 Windows控制软件编程关键问题讨论
• 5.3.2 ActiveX技术实时数据显示
• 5.3.3 控制器的自动设计及实现方法研究
• 5.3.4 主从式网络控制研究
• 5.3.5 基于WinCE的数字控制
• 5.4 系统辨识实验研究
• 5.4.1 最小二乘辨识实验
• 5.4.2 摩擦力测量与拟合结果
• 5.4.3 灰箱辨识结果
• 5.5 零相差跟踪控制实验研究
• 5.6 对顶协同控制多余力实验研究
• 5.7 小结
• 6 总结
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集