不对称电液促动器系统的建模与鲁棒滑模位置控制

作     者：刘秦毓 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖聚亮

授予年度：2019年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：不对称电液促动器 轨迹跟踪 鲁棒滑模控制 指数趋近律 状态观测器 李雅普诺夫稳定性 

摘      要：现代工业的迅猛发展促使液压传动技术在全球各个行业得到极大的应用,液压缸作为实现直线往复运动的执行器被广泛运用于需要高精度位置控制的场合。传统的液压传动往往采用响应速度快、控制精度高的阀控液压缸系统实现位置控制。然而,此类节流式控制系统价格昂贵、抗污染能力差、节流损失大、系统效率低。因此,本文提出了一种新型的泵控不对称液压缸形式的容积式控制系统,后文将其简称为电液促动器。针对此系统,本文研究了基于准滑动模态的鲁棒滑模位置控制策略,旨在实现电液促动器系统的更快响应、更高精度的轨迹跟踪。在电液促动器系统中,液压缸的位置由双向泵直接控制,不仅价格低廉、节能高效,而且操作简单、工作可靠性高,非常适合工程实际的应用。首先,根据电液促动器系统的系统结构与工作原理,建立其状态空间模型。建模时,将静摩擦力、库伦摩擦力,以及粘性摩擦力的波动与其他扰动合成为一项——不确定项来考虑,并引入模型切换系数,以准确表示泵控不对称液压缸的外伸与内缩的数学模型。其次,改进指数趋近律,将理想滑动模态修改为准滑动模态。在指数趋近律中,将等速趋近项的符号函数修改为饱和函数,从根本上削弱了抖振现象;将指数趋近项的系数模糊化,提高了响应速度。在此基础上,采用极点配置的方法设计状态观测器,有效估计速度、加速度以及两腔压力信号。进一步地,通过李雅普诺夫稳定性分析,提出了实现准滑动模态的充分条件。最后,仿真和实验研究证实了本文提出的建模方法的准确性以及控制策略的高效性和工程应用性。