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Nonlinear Adaptive Robust Force Control of Hydraulic Load Simulator

Chinese Journal of Aeronautics 2012年第5期25卷 766-775页

作者： yao jianyong JIAO Zongxia yao Bin SHANG yaoxing DONG Wenbin Science and Technology on Aircraft Control Laboratory Beihang University Beijing 100191 China School of Mechanical Engineering Nanjing University of Science and Technology Nanjing 210094 China School of Mechanical Engineering Purdue Universiiy West Lafayette IN 47907 USA Beijing Aerospace Automatic Control Institute Beijing 100854 China

This paper deals with the high performance force control of hydraulic load simulator. Many previous works for hydraulic force control are based on their linearization equations, but hydraulic inherent nonlinear properties and uncertainties make the conven- tional feedback proportional-integral-derivative control not yield to high-performance requirements. In this paper, a nonlinear system model is derived and linear parameterization is made for adaptive control. Then a discontinuous projection-based nonlin- ear adaptive robust force controller is developed for hydraulic load simulator. The proposed controller constructs an asymptoti- cally stable adaptive controller and adaptation laws, which can compensate for the system nonlinearities and uncertain parame- ters. Meanwhile a well-designed robust controller is also developed to cope with the hydraulic system uncertain nonlinearities. The controller achieves a guaranteed transient performance and final tracking accuracy in the presence of both parametric uncer- tainties and uncertain nonlinearities; in the absence of uncertain nonlinearities, the scheme also achieves asymptotic tracking performance. Simulation and experiment comparative results are obtained to verify the high-performance nature of the proposed control strategy and the tracking accuracy is greatly improved.

关键词： hydraulic load simulator adaptive control robust control nonlinear control hydraulic actuators Lyapunov functions

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Adaptive Nonlinear Optimal Compensation Control for Electro-hydraulic Load Simulator

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Chinese Journal of Aeronautics 2010年第6期23卷 720-733页

作者： yao jianyong Jiao Zongxia Shang yaoxing Huang Cheng National Key Laboratory of Science and Technology on Holistic Control Beijing University of Aeronautics and AstronauticsBeijing 100191China

Directing to the strong position coupling problem of electro-hydraulic load simulator (EHLS), this article presents an adaptive nonlinear optimal compensation control strategy based on two estimated nonlinear parameters, viz. the flow gain coefficient of servo valve and total factors of flow-pressure coefficient. Taking trace error of torque control system to zero as control object, this article designs the adaptive nonlinear optimal compensation control strategy, which regards torque control output of closed-loop controller converging to zero as the control target, to optimize torque tracking performance. Electro-hydraulic load simulator is a typical case of the torque system which is strongly coupled with a hydraulic positioning system. This article firstly builds and analyzes the mathematical models of hydraulic torque and positioning system, then designs an adaptive nonlinear optimal compensation controller, proves the validity of parameters estimation, and shows the comparison data among three control structures with various typical operating conditions, including proportion-integral-derivative (PID) controller only, the velocity synchronizing controller plus P1D controller and the proposed adaptive nonlinear optimal compensation controller plus PID controller. Experimental results show that systems' nonlinear parameters are estimated exactly using the proposed method, and the trace accuracy of the torque system is greatly enhanced by adaptive nonlinear optimal compensation control, and the torque servo system capability against sudden disturbance can be greatly improved.

关键词： torque control nonlinear control optimal control adaptive electro-hydraulic load simulator parameter estimation position disturbance

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ESO-Based Adaptive Robust Control of 3-Axis Winding of Carbon Fiber

ESO-Based Adaptive Robust Control of 3-Axis Winding of Carbo...

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第三十九届中国控制会议

作者： Junjie Mi jianyong yao School of Mechanical Engineering Nanjing University of Science and Technologe

Structured and unstructured uncertainties always exist in physical servo systems and degrade their tracking ***, there is a phenomenon that the coupling and mutual restraint exist in the axis of winding device. In this paper, we could apply a practical method named extended state observer（ESO） based adaptive robust control（ARC） to high-precision motion control of 3-Axis Winding of Carbon Fiber. The proposed controller accounts for not only the structured uncertainties（i.e.,parametric uncertainties） but also the unstructured uncertainties（i.e., nonlinear friction, external disturbances, and/or unmodeled dynamics） and coupling. Adaptive control for the structured uncertainty and ESO for the unstructured uncertainty are designed for compensating themselves respectively and integrated together via a feedforward cancellation technique. The controller is guaranteed by a feedback robust law and theoretically guarantees the performance of prescribed tracking when we are in the face of various uncertainties, which is very important for high-precision control of motion systems. At the same time, the expectation trajectory of the two rotating motors are triggered by the control output of the linear motor to ensure the cooperativity between the motors.

关键词： 3-Axis Winding Carbon Fiber Adaptive Rubost Extended State Observer(ESO) Cooperativity Control

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基于积分鲁棒的电液负载模拟器渐近跟踪控制

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航空学报 2017年第2期38卷 289-298页

作者：岳欣姚建勇南京理工大学机械工程学院南京210094

电液负载模拟器(EHLS)是典型的电液力矩伺服系统,存在大量非线性特性和模型不确定性(特别是非线性摩擦),随着对电液力矩伺服系统跟踪性能的要求越来越高,传统线性控制策略很难满足加载系统的高性能需求,迫切需要设计先进的非线性控制策... 详细信息

电液负载模拟器(EHLS)是典型的电液力矩伺服系统,存在大量非线性特性和模型不确定性(特别是非线性摩擦),随着对电液力矩伺服系统跟踪性能的要求越来越高,传统线性控制策略很难满足加载系统的高性能需求,迫切需要设计先进的非线性控制策略。针对以上问题,建立了包含连续可微摩擦模型的系统非线性数学模型,基于Lyapunov理论设计了一种误差符号积分鲁棒控制方法。该方法能够克服模型不确定性对系统的影响,在舵机运动干扰作用下实现了系统的渐近稳定性能。实验对比结果验证了该控制方法的优良性能。

关键词：电液负载模拟器(EHLS) 连续可微摩擦模型鲁棒控制非线性控制模型不确定性 Lyapunov函数

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软岩巷道局部弱支护机理与合理支护形式研究

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采矿与安全工程学报 2017年第4期34卷 754-759页

作者：庞建勇姚韦靖安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

以弹性理论为基础,推导出圆形软岩巷道局部弱支护解析解,阐述顶、帮失稳与底鼓破坏相互影响的原因,软岩巷道发生的底鼓和顶板失稳问题可分为全周边弱支护和局部弱支护2种情况考虑,为巷道合理支护形式提供了理论支持。由此设计出全封闭... 详细信息

以弹性理论为基础,推导出圆形软岩巷道局部弱支护解析解,阐述顶、帮失稳与底鼓破坏相互影响的原因,软岩巷道发生的底鼓和顶板失稳问题可分为全周边弱支护和局部弱支护2种情况考虑,为巷道合理支护形式提供了理论支持。由此设计出全封闭钢筋网壳锚喷支护结构,基本消除了局部弱支护的影响。依托淮南矿业集团潘三矿巷道修复工程,完成室内模拟实验,网壳结构破坏特征主要呈现压剪破坏。现场监测表明,最大围岩收敛量和收敛率均满足设计要求,证明网壳锚喷具有结构合理、施工方便、能承受高应力及采动荷载作用等特点。

关键词：软岩巷道局部弱支护支护抗力全封闭网壳支架工程应用

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基于指令滤波的电液伺服系统输出反馈控制

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上海交通大学学报 2019年第12期53卷 1482-1487页

作者：王广文姚建勇南京理工大学机械工程学院

针对电液伺服系统模型中存在不匹配的不确定非线性和状态不可测的问题,提出一种基于指令滤波的输出反馈控制算法.该控制算法有效融合了扩张状态观测器和指令滤波技术,实现了对系统模型状态及时变干扰的估计,解决了状态不可测和不确定非... 详细信息

针对电液伺服系统模型中存在不匹配的不确定非线性和状态不可测的问题,提出一种基于指令滤波的输出反馈控制算法.该控制算法有效融合了扩张状态观测器和指令滤波技术,实现了对系统模型状态及时变干扰的估计,解决了状态不可测和不确定非线性在线估计的问题,实现了对干扰的主动补偿.在控制器的设计过程中,利用指令滤波器避免了反步设计中的"微分爆炸"问题.基于Lyapunov函数证明了所设计控制器的稳定性且证明了所有信号均有界,实验结果验证了所设计控制器的有效性.

关键词：电液伺服系统指令滤波输出反馈控制扩张状态观测器

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混合电力滤波器无差拍控制策略研究

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电力自动化设备 2008年第6期28卷 81-84,96页

作者：姚建永王碧芳武汉职业技术学院电子信息学院湖北武汉430074

通过分析当前电能质量控制措施的优缺点,将无源电力滤波器和有源电力滤波器结合构成混合式电力滤波器,以实现大容量高电压电能质量控制。结合串联型混合电力滤波器,介绍了预测无差拍控制策略。该控制策略根据混合滤波器的逆变电路系统... 详细信息

通过分析当前电能质量控制措施的优缺点,将无源电力滤波器和有源电力滤波器结合构成混合式电力滤波器,以实现大容量高电压电能质量控制。结合串联型混合电力滤波器,介绍了预测无差拍控制策略。该控制策略根据混合滤波器的逆变电路系统的状态方程和输出反馈信号推算出下一个采样周期的脉冲宽度,并且采用状态观察器预估系统的状态,提前算出控制量以补偿CPU的采样和计算时延,避免对指令电流的跟踪过冲,提高了系统动态性能。最后,给出了Matlab仿真模型和仿真结果。

关键词：无差拍控制控制策略混合滤波器

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电液伺服系统多模型鲁棒自适应控制

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西安交通大学学报 2018年第11期52卷 156-162页

作者：成旭华姚建勇乐贵高南京理工大学机械工程学院南京290014

针对电液伺服系统中存在不确定非线性和强参数不确定性的问题,提出一种多模型鲁棒自适应控制算法。根据系统参数不确定性范围建立了多个辨识模型,在辨识模型中设计非线性鲁棒项,以抑制干扰、未建模动态等不确定非线性的影响,提高系统的... 详细信息

针对电液伺服系统中存在不确定非线性和强参数不确定性的问题,提出一种多模型鲁棒自适应控制算法。根据系统参数不确定性范围建立了多个辨识模型,在辨识模型中设计非线性鲁棒项,以抑制干扰、未建模动态等不确定非线性的影响,提高系统的鲁棒性。基于辨识模型设计相应的控制器,采用基于辨识误差的性能指标函数作为切换依据,选取最佳控制器作为当前控制器,解决了传统自适应控制对参数自适应初值敏感的问题。该方法能够克服不确定非线性和强参数不确定性的影响,使系统得到渐进跟踪的性能,提高系统的瞬态响应性能。实验结果表明,该算法能抑制建模不确定性的影响,系统期望跟踪指令幅值为10mm时,跟踪误差大约为0.038 6mm,相对跟踪误差约为0.386%,系统跟踪精度得到了提高。

关键词：电液伺服系统多模型自适应辨识模型鲁棒性

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Asymptotic Adaptive Motion Control of Hydraulic Systems

Asymptotic Adaptive Motion Control of Hydraulic Systems

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第40届中国控制会议

作者： Xiaowei Yang jianyong yao Wenxiang Deng Shusen Yuan Xianglong Liang School of Mechanical Engineering Nanjing University of Science and Technology the State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems Zhejiang University

Considering parametric uncertainties and unmodeled disturbances in hydraulic systems, this paper presents an asymptotic adaptive motion control scheme by adopting full state feedback. To accomplish this study, a novel parameter adaptive law based on both parametric estimation errors and tracking errors is developed to deal with parametric uncertainties of hydraulic systems, which can attenuate the major of parametric uncertainties and enhance the tracking performance. Then a composite robust integral of the sign of the error（RISE） feedback controller is employed to restrain the rest of parametric uncertainties and unmodeled disturbances. The developed continuous RISE-based controller is free of chattering, which is beneficial to practical implementation. Stability analysis indicates that the proposed method guarantees an excellent asymptotic tracking performance even in facing with time-variant disturbances and parametric uncertainties. Comparative simulation results are obtained to verify the high-performance nature of the proposed control strategy as well.

关键词： hydraulic system adaptive control asymptotic stability robust integral of the sign of the error(RISE) feedback control

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基于神经网络的比例伺服阀阀芯液动力补偿鲁棒智能控制

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机械工程学报 2024年第4期60卷 126-133页

作者：周宁姚建勇邓文翔南京理工大学机械工程学院南京210094

比例伺服阀广泛应用于智能工程机械、国防装备等高端液压系统中。对于智能比例伺服阀而言,液动力是限制其智能化程度提升最主要的因素。针对上述问题,提出一种基于神经网络的阀芯液动力补偿鲁棒控制器(Flow force compensation neural n... 详细信息

比例伺服阀广泛应用于智能工程机械、国防装备等高端液压系统中。对于智能比例伺服阀而言,液动力是限制其智能化程度提升最主要的因素。针对上述问题,提出一种基于神经网络的阀芯液动力补偿鲁棒控制器(Flow force compensation neural network-based robust controller,FF-NNRC)。首先利用Fluent软件,获取在不同阀芯位移、压力边界条件下的液动力信息,用于模拟真实工况下的液动力扰动。设计神经网络学习逼近液动力扰动,从而在模型前馈补偿项构建液动力动态补偿项,针对系统其他扰动及神经网络估计误差设计鲁棒项加以克服。Lyapunov稳定性理论证明提出的控制策略可以实现系统的有界稳定。仿真结果表明,与传统的PID控制器和基于名义值模型补偿的鲁棒控制器(Model compensation robust controller,MC-RC)相比,所提出的控制器具有更高的控制精度和抗干扰能力。

关键词：液动力计算流体动力学神经网络模型补偿鲁棒控制

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