材料试验机伺服压力控制系统的模型辨识研究

　　0　引言

　　对于任何一个系统,要想能够比较好地对系统进行控制,精确的数学模型是至关重要的。为获得一个最大可能接近实际对象特性的数学模型,在条件许可的情况下,要进行系统辨识[1]。电液伺服材料试验机有压力、位置控制系统,是电液伺服控制技术研究的理想平台。为进一步研究伺服压力控制系统的特性品质,需要首先获得该压力控制系统的精确数学模型。考虑到原材料试验机系统元件老化、系统油液状况的变化等客观情况可能造成系统参数变化,以及不同材料的被测元件本身具有的不同特性(如刚度等),故需要对材料试验机系统进行系统辨识[2]。本文首先对材料试验机伺服压力控制系统依据理论推导建立系统的理论数学模型,然后依据实际输出数据进行系统结构的参数辨识,从而确定系统模型阶次,在此基础上进行模型参数辨识,并对辨识的系统模型进行合理性验证。

　　1　材料试验机伺服压力控制系统

　　1.1　材料试验机伺服压力控制系统组成

　　材料试验机的伺服压力控制伺服系统是典型的伺服阀控液压缸系统,本文通过压力传感器对压力值进行连续测量并反馈,实时调整液压缸两腔的压力差值,从而对被测试件进行测试。材料试验机伺服压力控制系统的液压系统图见图1。

　　1.2　材料试验机伺服压力控制系统模型

　　对于伺服压力控制系统,由于具体的执行机构各不相同,组成结构有很大差异,但其核心部分都是由伺服阀控制执行机构,从而实现对执行机构的实时控制。由图1可看出,本文的材料试验机伺服压力控制系统是一个标准的伺服阀控制双作用液压缸的电液伺服压力控制系统。

　　图2为电液伺服压力控制系统原理图,包括数字控制器环节、比例放大器环节、电液伺服阀环节、阀控缸———负载环节和反馈环节。对应的压力控制系统的方框图见图3。

　　系统的闭环传递函数为

　　通常Bp很小,可忽略不计,则

2　系统辨识的原理[3]

　　对于众多的参数辨识方法,都需要假定模型的结构已知。实际上,模型结构多数情况下是不可能预先知道的,这时就要求进行模型结构辨识。

　　2.1　系统阶次辨识

　　此处采用赤池信息准则(AIC)作为标准确定过程的模型阶次,考虑系统噪声为白噪声情况。设单输入-单输出(singl in - single out,SISO)过程可用如下模型描述:

　　式(5)是模型的AIC定阶公式,对于不同的阶次^n,分别计算AIC(^n)值,找到使AIC(^n)最小的^n作为模型的阶次。一般说来,这样得到的模型阶次都能比较接近实际过程的真实阶次。