基于参数辨识的双马达同步驱动控制研究

　　0 引言

　　阀控液压马达系统是复杂的高阶非线性系统;液压油的特性对液压马达的影响非常大,如油温升高会使油的粘度降低而导致马达的泄漏系数Cm增大,泄漏量增加;油液中混入气体会使油液有效容积模数降低等。以上诸多不确定性因素对系统参数的影响主要表现在:引起系统增益的不确定性变化;引起系统固有频率的不确定性变化;引起液压系统阻尼比的不确定性变化。因此,可采用理论分析与系统辨识相结合的方法来获得阀控马达系统的数学模型^[1]。

　　本文主要针对三轴仿真转台中框的同步系统的两个阀控马达子系统进行模型参数辨识研究。在已知系统模型结构和部分参数下进行,通过灰箱辨识来获得两个同步子系统的实际模型参数,从而为同步控制的设计提供帮助。

　　1 阀控马达系统参数辨识

　　1.1 辨识模型建立

　　忽略电液伺服阀的动态,将其简化为比例环节,得到阀控液压马达系统的马达轴转角对输入电压信号的开环传递函数^[2]:

　　式(1)转化为状态空间表达式^[3]:

　　式(1)、(2)中: x₁、x₂、x₃分别为输出的角位移、角速度、角加速度;K是转台单通道电液位置系统开环增益(rad/V),包括了伺服放大器、伺服阀、液压动力机构及反馈元件的增益;Xh是无阻尼液压固有频率(rad/s),Nh是液压阻尼比(无因次),u是输入的电压信号。

　　考虑输入电压u实际控制的是液压马达的转速,由于液压系统的固有频率较高,因此,输入电压和输出角位移近似积分关系,输入电压1V时在t=1s时的角位移即为式(1)中的K值,实测中框两马达系统为:K₁=17(b)/s=0.3rad/s,K₂=8.6(°)/s=0.15rad/s。

　　1.2 输入信号的设计和数据的预处理

　　对输入的电压信号的要求是能激励系统的信息,可以是多正弦信号及扫频信号,也可以是最大长度的伪随机二进制信号,即M序列。M序列由于只有正负两个值,因此可以绕开伺服阀的死区非线性和饱和问题并且得到一个无偏估计。为使M序列有效频带覆盖被辨识系统工作频率区域,应满足:

　　其中:Δ为移位寄存器基本时钟脉冲的周期; N_p=2-1为序列的周期, n为移位寄存器数。

　　采样周期与控制时的采样周期相同。实际考虑中框-90°频宽为25Hz,选Δ=0.01s,则有效频带为0.1~33Hz,n=10。

　　得到数据后先进行滤波,消除伺服阀的低频零飘和高频的颤振信号。并对数据进行去趋势化处理,最后将数据分成生成模型段和验证模型段。经过上述处理后的数据如图1所示。