基于非线性自适应逆控制的直驱式电液伺服系统研究

论文摘要

直驱式电液伺服系统中用交流伺服电机替代传统液压系统中的电液伺服阀,通过改变定量泵转速来调整流量。该系统具有能耗小、造价低、可靠性高、制造安装简便、抗污染能力强等特点,是当前液压控制新的发展方向之一。本文查阅大量国内外有关文献,介绍了电液伺服系统在国内外的发展概况。通过线性化以及状态空间两种方法分别对直驱式电液伺服系统进行了数学建模,并通过系统的开环频域特性和能控、能观性对系统进行了稳定性的分析。而后对非线性建模的系统进行了未加控制器的仿真。在直驱式电液伺服系统中,非线性因素直接影响到控制系统的稳定性和控制的准确性。本文详细分析了泵流量脉动非线性、泵的低速死区非线性以及外界干扰噪声非线性产生的原因,建立了相应的非线性数学模型。针对上述非线性问题,结合电液伺服系统自身的特点和工程实际的要求,选择了非线性自适应逆控制的控制策略并设计了相应的自适应滤波器。非线性自适应逆控制器设计的目的是为了避免传统的反馈控制产生的系统失稳,并可以分开处理系统的动态特性和对象扰动引起的抑制问题。利用软件控制,使系统输出更加合理,进而改进直驱式电液位置控制系统精度低、稳定性较差、响应速度慢等不足。基于LabVIEW设计了考虑上述三种非线性因素的自适应逆控制器和经典的PID控制器,在不同惯性负载的条件下,通过系统对阶跃信号、方波信号、Chirp信号、斜坡信号以及不同频率的正弦信号的响应特性的对比分析,得出相应的结论。仿真结果表明,非线性自适应逆控制方法较好地解决了由于上述三种非线性因素引起的系统不稳定和控制效果不佳的弱点,对于三种非线性起到了相应的补偿和消除,并且在控制系统的快速性和稳定性方面取得了明显的提高。此外,自适应逆控制对于负载变化具有较好的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的意义
• 1.2 液压伺服控制技术概况
• 1.2.1 传统的电液伺服系统
• 1.2.2 电液伺服系统的现状及发展方向
• 1.3 直驱式电液伺服系统
• 1.3.1 交流调速及交流伺服电机
• 1.3.2 直驱式电液伺服系统
• 1.3.3 国内外研究现状
• 1.4 控制策略概述
• 1.4.1 PID控制策略
• 1.4.2 模糊控制（FC）
• 1.4.3 神经网络控制
• 1.4.4 鲁棒控制
• 1.4.5 变结构控制（VSC）
• 1.4.6 自适应控制（AC）
• 1.5 本论文的主要工作
• 第2章 系统的工作原理及模型建立
• 2.1 引言
• 2.2 泵控缸系统的工作原理及建模
• 2.3 交流调速系统模型
• 2.4 位移传感器建模
• 2.5 系统的线性模型及稳定性分析
• 2.6 系统的非线性模型及稳定性分析
• 2.6.1 系统非线性建模
• 2.6.2 系统稳定特性分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 系统仿真及典型非线性因素分析
• 3.1 引言
• 3.2 虚拟仪器技术与NI LabVIEW
• 3.3 系统非线性模型的仿真
• 3.3.1 仿真参数选取
• 3.3.2 系统仿真
• 3.4 柱塞泵流量脉动的分析
• 3.5 系统低速死区特性的分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 自适应逆控制器设计
• 4.1 引言
• 4.2 PID控制
• 4.2.1 PID控制方法
• 4.2.2 PID控制的原理和特点
• 4.3 自适应逆控制与滤波理论
• 4.4 自适应逆控制及自适应滤波器的设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 采用自适应逆控制方法的系统仿真
• 5.1 引言
• 5.2 考虑泵的流量脉动的非线性仿真
• 5.3 考虑低速死区的非线性仿真
• 5.4 考虑外界干扰和噪声的非线性仿真
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学位论文
• 致谢