电液位置伺服系统的自适应滑模鲁棒跟踪控制
段锁林 王明智
太原重型机械学院机电工程系,太原,030024
摘要:针对存在参数不确定性的电液位置伺服系统的跟踪控制问题,基于滑模控制理论,提出了一种具有参数自适应能力的自适应滑模控制方法。通过自适应方法,来消除参数不确定性对系统控制性能的影响,进而实现鲁棒控制。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了自适应滑模控制系统的渐近稳定性。将该方法应用于某疲劳试验机电液伺服系统的跟踪控制,仿真和实时控制结果证明了该方法的有效性。
关键词:自适应滑模控制;电液位置伺服系统;仿真;实时控制
中图分类号:TP271 文章编号:1004-132Ⅹ(2004)03-0202-04
引言
就系统的不确定性而言,力控系统的不确定性表现为非匹配不确定性,而采用线性化分析方法的位置系统的不确定性表现为匹配不确定性。对结构疲劳试验机位置控制系统,当选择不同的状态变量时,其状态空间描述除了如相变量型状态空间描述外,经常还可以有另一种形式的状态空间描述,这种表示类似于电液伺服力控系统的状态空间描述[1]。本文基于滑模控制理论,提出了一种自适应滑模鲁棒跟踪控制方法,并将该方法应用于某疲劳试验机位置伺服系统,进行了系统仿真和实时控制研究,取得了令人满意的效果。
1 问题及系统描述
4 仿真研究
考虑某电液伺服结构疲劳试验机位置控制系统如式(1)所描述,各主要参数的标称值见表1。期望的位置输出信号选择为xd=sin10πt(cm)。主要考虑了上述系统当负载刚度K变化及存在外部负载扰动F时,自适应滑模控制器的跟踪特性。图2是当K=5MN/m时,系统跟踪正弦参考信号的响应曲线,图3是当K =20MN/m时,系统跟踪正弦参考信号的响应曲线。在上述仿真中,扰动信号选择为正弦扰动,F =0.5sin10πt。这些仿真结果表明:对存在扰动和不确定性的疲劳试验机位置伺服系统,所设计的自适应滑模控制器对系统参数发生较大变化所引起的不确定性具有强的鲁棒性,并能够消除系统的不确定性和扰动对系统跟踪性能的影响,即使参数在较大范围内变化,控制系统仍然保持了令人满意的跟踪特性。
5 实验研究
在结构疲劳试验机微机控制系统中,应用所设计的自适应滑模控制器进行了实验研究,实验结果见图4、图5。实验结果表明,在结构疲劳试验机微机电液位置伺服控制系统中,应用所设计的自适应滑模控制器能获得满意稳定性和控制效果,系统对不同频率的正弦信号均能获得满足实际工程要求的跟踪精度。实验结果也验证了理论分析、设计和仿真结果的有效性。
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