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高压气动压力伺服系统鲁棒控制研究

高压气动压力伺服系统鲁棒控制研究

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作者：周少梁华中科技大学

学位级别：硕士

高压气动压力伺服系统是压力检测装置的核心部分。该装置对响应时间与控制性能不断提高的需求,高压气动压力伺服系统高精度控制算法成为亟待研究的关键问题。由于气体可压缩性强、快速膨胀能力强,导致高压气动压力伺服系统存在明显的非... 详细信息

高压气动压力伺服系统是压力检测装置的核心部分。该装置对响应时间与控制性能不断提高的需求,高压气动压力伺服系统高精度控制算法成为亟待研究的关键问题。由于气体可压缩性强、快速膨胀能力强,导致高压气动压力伺服系统存在明显的非线性。当高压气体流经伺服阀阀口时,伺服阀阀芯上会产生极强的气动力,影响伺服阀的响应速度和控制精度,导致对微量气体控制的不稳定,制约了压力伺服系统控制精度。因此,本文围绕高压电-气伺服阀的抗干扰控制算法和高压气动压力伺服系统的高精度鲁棒控制算法展开研究,主要内容如下:(1)考虑系统建模误差和不确定性,搭建了高压电-气伺服阀和压力伺服控制系统的数学模型,明确了高压电-气伺服阀和压力伺服系统的控制难点,并基于理论分析,对高压气动压力伺服系统模型进行了合理简化,搭建了压力伺服系统仿真模型,分析了系统特性和PID控制算法的控制性能,为后续控制算法的提出提供理论基础。(2)针对高压电-气伺服阀中存在的强气动力干扰和系统不确定性,构建了高压电-气伺服阀的线性自抗扰控制算法(LADRC)。研究了自抗扰控制算法的理论优势与不足,进一步提出了鲁棒积分抗干扰控制算法(RISE-ESO)和增强鲁棒抗干扰控制(ERC-ESO)算法。最后,通过理论和实验证明了增强鲁棒抗干扰控制算法具有更优的抗干扰性能和响应速度。(3)针对高压气动压力伺服系统中存在的参数不确定性、未建模动态和外部干扰等问题,提出基于鲁棒积分结构(RISE)的自适应鲁棒控制器。实验证明自适应鲁棒控制算法能够实现更快的响应速度和更高控制精度,明确了伺服阀控制算法和压力伺服控制算法对系统控制性能的贡献。结果表明,伺服阀控制算法是保证压力伺服系统控制精度的前提,压力控制算法能够提高压力伺服系统的响应速度和控制精度。本论文所研究的控制算法在高压气动伺服系统的高精度控制上取得了一定成效,提出的控制算法结构清晰、易实现,对进一步推广高压气动伺服系统的应用和提高高压气动伺服系统性能提供了一定的参考,具有一定学术参考价值和应用价值。

关键词：高压电-气伺服阀高压气动压力伺服系统鲁棒抗干扰控制算法基于RISE的自适应鲁棒控制

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