摘要:针对含有非线性不确定参数的电液控制系统,提出了一种滑模自适应控制方法.该控制方法主要是为了解决由于初始控制容积的不确定性而引起的,非线性不确定参数自适应律设计的难题.其主要特点为,通过定义一个新型的特殊Lyapunov函数,进而构建系统的自适应控制器及参数自适应律,并结合滑模控制方法及一种简单的鲁棒设计方法,给出整个电液系统的滑模自适应控制器,及所有不确定参数的自适应律.试验结果表明,采用该控制方法能够取得良好的性能,尤其可以补偿非线性不确定参数对系统的影响.
关键词:自适应控制；滑模控制;电液控制系统;非线性不确定参数;Lyapunov方法1引言(Introduction)
由于自适应控制能有效地克服由于系统不确定性对系统性能的影响,尤其是不确定参数对系统的影响,所以很多学者在电液控制系统中提出了很多非线性的自适应控制方法,如精确反馈自适应控制[1],滑模自适应控制[2],基于Backstepping的非线性自适应控制[3～6]等.近年来,在电液系统中,一些学者又提出了几种新的自适应方法[7～10],这些控制方法在一定条件下取得了良好的控制效果.然而在这些自适应控制方法中,一般总是假设液压缸两腔总的初始控制容积是确定已知的,这样就使一个重要的假设,即,系统的不确定参数均可表示为线性的是成立的.但是在实际液压系统中,初始控制容积的精确容积却是很难得到的,并且对于不同的工作空间及不同的工作过程其值还是变化的.因此,液压缸两腔总的初始控制容积均是不确定的.这样就会导致系统中非线性不确定参数的存在.
为此,本文以双作用液压缸电液系统为基础,定义一特殊类型的Lyapunov函数,进而导出具有非线性不确定参数系统的非线性自适应控制器及非性不确定参数自适应律的设计方法.并结合滑模控制理论,给出整个电液控制系统的滑模自适应控制器及所有不确定参数自适应律的设计方法.另外为了避免抖振现象,设计了一种简单的鲁棒控制方法来代替变结构控制,以补偿模型不确定项对系统的影响.
最后试验结果表明,该控制方法可取得良好的控制性能,具有较强的鲁棒特性,能够很好地克服非线性不确定参数对系统的影响.本文所研究的电液系统如图1所示,该系统包括一个双出杆液压缸,一个伺服阀,及负载系统.下面首先建立系统的动力学模型.
为了测试非线性不确定参数β1,β2对系统性能的影响,及本文的滑模自适应控制方法的有效性,将伺服阀与液压缸之间的连接管路加长约一倍,以增加初始控制容积V1,V2的值,采用本文方法时,输出误差大小变化不大.当不采用自适应律时,跟踪误差大大增加,最大误差从大约0.08mm增至2mm以上.这表明非线性参数β1,β2的变化对系统控制性能有较大的影响,而采用本文的控制方法能够有效地克服这种影响.控制输入信号是有界的,且在允许范围之内,另外输入信号也是较光滑的,无振动现象出现.针对具有非线性不确定参数的电液控制系统,提出了一种滑模自适应控制方法.通过选择一个特殊的Lyapunov函数,推导出了对含有非线性不确定参数系统的控制器及自适应律的设计方法,并结合滑模控制方法,给出了整个电液系统的滑模自适应控制器及所有不确定参数自适应律的设计方法.试验结果显示了该方法的有效性及较强的鲁棒特性.
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