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申请/专利权人：南京理工大学

摘要：本发明公开了一种电液比例伺服阀自学习增益位置轴控方法，该轴控方法基于构建的增益自学习机制，融合动态面控制思想，设计带有自学习增益的非线性鲁棒位置轴控控制器。针对电液比例伺服阀位置轴控问题，本发明既能实现系统增益的自主学习，简化实际增益调节的复杂度，又能避免电液比例伺服阀轴控系统传统反步控制中微分爆炸问题，降低测量噪声对控制精度的影响，实现高精度跟踪性能。

主权项：1.一种电液比例伺服阀自学习增益位置轴控方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立电液比例伺服阀位置轴控系统的数学模型，具体如下：步骤1-1、所述电液比例伺服阀位置轴控系统应用于大型工业重载机械设备直线运动，其中负载与液压油缸上活塞杆固连，电液比例伺服阀控制液压油缸上活塞杆运动，从而驱使负载运动，根据负载、液压缸以及电液比例伺服阀的动力学特性，推导电液比例伺服阀位置轴控系统的数学模型；步骤1-2、为便于设计控制器，定义状态变量，将推导的电液比例伺服阀位置轴控系统数学模型转换成状态空间方程；步骤1-1、所述电液比例伺服阀位置轴控系统应用于大型工业重载机械设备直线运动，其中负载与液压油缸上活塞杆固连，电液比例伺服阀控制液压油缸上活塞杆运动，从而驱使负载运动，根据负载、液压缸以及电液比例伺服阀的动力学特性，得到电液比例伺服阀位置轴控系统的数学模型，具体如下：根据牛顿第二定律，电液比例伺服阀位置轴控系统的力平衡方程为： 式1中，m表示负载的质量，y表示液压油缸活塞杆的位移，表示液压油缸活塞杆的速度，表示液压油缸活塞杆的加速度，A表示液压油缸活塞的有效作用面积，P1表示液压油缸进油腔油压，P2表示液压油缸出油腔油压，B表示液压缸的粘性阻尼系数，d1t表示系统机械未建模干扰，t表示时间；则式1改写为： 电液比例伺服阀位置轴控系统中，忽略油缸油液外泄漏，则压力动态方程为： 式3中，βe表示油液有效弹性模量，Ct表示液压缸内泄漏系数，油缸两侧进出油腔油压压差PL＝P1-P2，进油腔的控制体积V1＝V01+Ay，出油腔的控制体积V2＝V02-Ay，V01表示进油腔的初始体积，V02表示出油腔的初始体积，Q1表示进油腔的流量，Q2表示出油腔的流量，q1表示P1的未建模干扰，q2表示P2的未建模干扰，表示P1的一阶导数，表示P2的一阶导数；Q1、Q2分别与电液比例伺服阀阀芯位移xv有如下关系： 其中，电液比例伺服阀阀系数Cd表示电液比例伺服阀的流量系数，w0表示电液比例伺服阀的阀芯面积梯度，ρ表示油液密度，Ps表示供油压力，Pr表示回油压力，s·表示中间变量·的函数，被定义为： 忽略电液比例伺服阀阀芯动态，假设作用于阀芯的控制输入u和阀芯位移xv成比例关系，即满足xv＝kiu，其中，ki表示电压-阀芯位移增益系数，因此式4被改写成： 式6中，中间变量ku＝kqki，中间变量中间变量步骤1-2、为便于设计控制器，定义状态变量，将推导的电液比例伺服阀位置轴控系统数学模型转换成状态空间方程，具体如下：定义状态变量：其中，中间变量x1＝y，中间变量中间变量x3＝AP1-AP2m，则将式2转换为状态空间方程： 式7中，表示x1的一阶导数，表示x2的一阶导数，表示x3的一阶导数，系统未知动态中间变量中间变量中间变量系统未知动态步骤1中，为便于设计控制器，作如下假设：假设1：系统期望跟踪位置指令xd是二阶连续的，且系统期望位置指令、速度指令及加速度指令都是有界的；假设2：系统未知动态D1与D2满足： 式8中，δ1和δ2均为未知的正的常数；转入步骤2；步骤2、基于电液比例伺服阀位置轴控系统的数学模型，设计带有增益自学习机制的非线性鲁棒位置轴控控制器，具体如下：步骤2-1、定义系统的跟踪误差z1＝x1-xd，其中，xd是系统期望跟踪位置指令，为便于在设计的控制器驱动下，系统状态x1尽可能精确地跟踪期望位置指令xd，需保证跟踪误差z1趋向于0；步骤2-2、定义误差z2＝x2-α1f，其中，α1f表示α1的滤波信号，α1表示x2的虚拟控制，为保证跟踪误差z1趋向于0，需保证误差z2趋向于0；步骤2-3、定义误差z3＝x3-α2f，其中，α2f表示α2的滤波信号，α2表示x3的虚拟控制，为保证误差z2趋向于0，需保证误差z3趋向于0；步骤2-1、定义系统的跟踪误差z1＝x1-xd，其中，xd是系统期望跟踪位置指令，为便于在设计的控制器驱动下，系统状态x1尽可能精确地跟踪期望位置指令xd，需保证跟踪误差z1趋向于0，具体如下：为便于设计控制器，设计如下非线性滤波器： 式9，滤波增益τ1＞0，α1的滤波误差ε1＝α1f-α1，σ1t表示恒为正的函数，且满足其中，ν表示积分变量，表示恒正的常数，表示α1的一阶导数，表示α1f的一阶导数，l1＞0表示的上界，表示l1的估计值；其更新律为： 式10中，γ1表示正的增益；对z1求导，得： 设计虚拟控制α1为： 式12中，增益k1＞0，则 步骤2-2、定义误差z2＝x2-α1f，其中，α1f表示α1的滤波信号，α1表示x2的虚拟控制，为保证跟踪误差z1趋向于0，需保证误差z2趋向于0，具体如下：设计如下非线性滤波器： 式14中，滤波增益τ2＞0，α2的滤波误差ε2＝α2f-α2，σ2t表示恒为正的函数，且满足其中，ν表示积分变量，表示恒正的常数，表示α2的一阶导数，表示α2f的一阶导数，l2＞0表示的上界，表示l2的估计值，其更新律为： 式15中，γ2表示正的增益；对z2求导可得： 设计虚拟控制α2为： 式17中，增益k2＞0，α2a表示基于模型的补偿项，α2s表示鲁棒项，α2s1表示线性鲁棒项，α2s2表示非线性鲁棒项，σ3t表示恒为正的函数，且满足其中，ν表示积分变量，表示恒正的常数，l3＞0表示D1的上界，表示l3的估计值，其更新律为： 式18中，γ3表示正的增益；将式17代入式16，得： 步骤2-3、定义误差z3＝x3-α2f，其中，α2f表示α2的滤波信号，α2表示x3的虚拟控制，为保证误差z2趋向于0，需保证误差z3趋向于0，具体如下：对z3求导得： 根据式20，则阀芯的控制输入，即带有增益自学习机制的非线性鲁棒位置轴控控制器u为： 式21中，增益k3＞0，ua表示基于模型的补偿项，us表示鲁棒项，us1表示线性鲁棒项，us2表示非线性鲁棒项，σ4t表示恒为正的函数，且满足其中，ν表示积分变量，表示恒正的常数，l4＞0表示D2的上界，表示l4的估计值，其更新律为： 式22中，γ4表示正的增益；将式21代入式20中得： 转入步骤3；步骤3、运用李雅普诺夫稳定性理论进行非线性鲁棒位置轴控控制器稳定性证明，得到系统跟踪误差渐近稳定的结果。

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