模型参考自适应控制在一体化电动静液作动系统中的应用

　　0 引言

　　液压伺服系统是典型的非线性时变系统,经常存在较大程度的参数变化和负载干扰,采用常规的PID控制,系统的动态性能往往难以满足要求。采用自适应控制,就可以在满足系统稳态精度要求的前提下,提高系统的动态性能,并对系统的参数变化、非线性等具有自适应能力和较强的鲁棒性。

　　自从1958年Whitaker在麻省理工学院提出第一个自适应控制系统以来,先后出现过许多形式各异的自适应控制系统,但是理论上比较成熟的只有两类,就是模型参考自适应控制系统(MRAC)和具有被控对象数学模型在线辨识的自适应控制系统。本文中所使用的模型参考自适应控制系统也有几种类型:其中一种称为参数最优化方法,它的基本思想是让可调系统中的某个局部参数在某一性能指标下取得最小来设计自适应律,但容易引起整个系统的不稳定。模型参考自适应控制器的另一种设计方法就是基于稳定理论的设计方法,其基本思想是保证控制器参数的自适应调整过程是稳定的,然后再使这个调整过程尽可能收敛得快一些。众所周知,李亚普诺夫稳定性理论是解决非线性系统稳定性的一种有力工具。近年来,以李雅普诺夫函数为基础的自适应控制系统设计得到了广泛的应用。

　　1 电动静液作动器系统组成以及各个部分的简化模型

　　1.1 系统组成

　　一体化电动静液作动器(EHA)有多种类型,本文中的EHA通过控制电机的转速和转向来控制作动器动作的方向和速率。系统构成如图1所示。蓄能器用来防止液压油中产生气穴以及对液压油的泄漏进行补充;安全阀用来防止在系统内部产生过高的压力;旁通阀在系统出现故障时打开,液压油直接经旁通阀返回油泵,起到隔离故障的作用。由于在此系统中液压缸和泵直接相连,所以需要一个对称的液压缸,它的输入和输出流量相等。速度、压力和位移传感器和控制器相连,能够对系统运行状态进行监测并根据这些传感器的参数对系统进行实时控制。

　　1.2 电机、泵模型

　　参照表1,电机的电枢电流和输入电压的关系可以通过一个一阶传递函数来描述:

　　考虑到电机和泵直接相连,施加在泵上的转矩表达式如下:

　　把式(1)、(2)、(3)代入式(4)可以得出电机和泵角速度表达式:

　　1.3 液压部分数学模型

　　不考虑液压油的容积变化,整个液压部分传递函数如下:

　　1.4 整体模型

　　对称液压缸是整个系统的执行部件,其负载力方程是: