材料试验机施力系统的优化设计

　　0概述

　　大量设备:如飞机起落架收放施力系统;直升飞机螺旋浆旋叶控制系统;材料试验机施力伺服系统;各种平台、仿型机床和炮火跟踪的伺服系统等。它们的参考输入r(t)通常是时间的低次幂函数L，]，r(t)不仅含有阶跃输入，而且还包括t，l/ZtZ等时间函数。一个优良的伺服系统，不仅对阶跃控制输入应有快速平稳的响应，而且对匀速、匀加速的响应以及系统的抗扰性也都应该具有优化的性能指标，称满足两个以上优化性能指标的系统为多目标优化控制系统12，3]。

　　线性系统是一最小相位系统，每给它提高一阶无静差度时，就给系统带来90。的相位滞后，严重地恶化了系统的动态性能指标，因此线性系统长期很难实现二阶以上的无静差系统。另外，线性系统存着两大基本矛盾:一是系统响应的快速性与平稳性的矛盾;另一是系统静态无差度与动态稳定性的矛盾。这两对矛盾极大地限制了线性系统性能的改善指标15一7]。为了解决这一问题，文献「l]应用Clegg积分器构成一类非线性比例积分器后，根据等幅性原理来设计一类多目标优化控制系统，从理论上解决这一困难。但是当给系统加入非线性积分器后，整个系统也就变成非线性系统，而非线性系统的设计是一个更加复杂的问题。另外，由于Oegg积分器固有的缺点，如相位滞后和高次谐波分量仍较大，使得应用等幅性原理来设计的多目标优化系统的性能指标仍不够理想。文献tl]中提到，非单值非线性将破坏二阶无静差优化系统的稳定性，单值非线性会破坏三阶无静差优化系统的稳定性，而干摩擦、饱和以及齿轮间隙等又常是实际工程系统中必然存在的非线性特性l4]。

　　为了克服上述两个问题:第1，需要有一类新型的非线性控制器。本文根据文献【3]中提出的一种新型X自适应控制器，并将它构成一类非线性控制器，基本上满足上述要求。其次，需要有一个简便、通用的设计方法，用来实现这种多目标优化系统的设计。本文提出了这种大相位裕量计算机辅助设计法，较好地解决了这个问题。最后给出这种设计法的计算机仿真结果。

　　1，采用X一Q自适应控制器构成的一类非线性控制器

　　X一Q自适应控制器具有新颖的自适应频率特性，它可以根据过渡过程的进展情况，自动改变自身的控制职能，以保证受控对象处于多目标优化运行状态中，对于控制信号而言，它是一个没有任何相位落后的控制器，且高频段为一放大倍数为k的放大器，低频段为一积分时间常数为T。的积分器;而对谐波输人信号而言，它还是一个自适应控制器，但高频段的传递函数w=0.slke一”’85’，低频段的传递函数W=0.41/tw