买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：南京理工大学

摘要：本发明公开了一种基于指令滤波的先导式电液比例伺服阀输出反馈控制方法，该控制方法以线性状态观测器为基础实现状态反馈，融合了指令滤波的思想，设计了能够保证高阶系统整体稳定的非线性控制策略。针对先导式电液比例伺服阀阀芯位置控制问题，本发明既全面考虑了先导阀与主阀的耦合特性，保证了系统整体的动态响应，又能避免传统反步控制在高阶模型中存在的微分爆炸问题，降低了非线性算法对硬件性能的要求，便于实际工业产品的开发与应用。

主权项：1.一种基于指令滤波的先导式电液比例伺服阀输出反馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立先导式电液比例伺服阀的数学模型；通过先导级阀芯左右运动控制先导油液流入或流出主阀芯两端的控制腔，两腔的压力差驱动主阀芯进行运动，根据比例电磁铁、先导阀、主阀的动力学特性，推导先导式电液比例伺服阀的数学模型，具体如下：根据牛顿第二定律，先导级阀芯的力平衡方程为： 式1中，mp表示先导阀芯的质量，xp表示先导阀芯的位移，表示先导阀芯的速度，表示先导阀芯的加速度，ke表示比例电磁铁输入与力系数，u表示比例电磁铁的输入信号，即需要最终设计的控制输入，Bpp表示先导级比例阀的粘性阻尼系数，kp表示先导级阀芯复位弹簧的劲度系数，dp表示系统机械未建模干扰；将式1改写为： 同样根据牛顿第二定律，主级阀芯的力平衡方程为： 式3中，mm表示主阀芯的质量，xm表示主阀芯的位移，表示主阀芯的速度，表示主阀芯的加速度，Bpm表示主阀的粘性阻尼系数，km表示主阀弹簧的劲度系数，dm表示系统机械及液压未建模干扰，Am表示控制腔主阀芯的有效作用面积，Pa和Pb分别表示主阀与先导阀之间进油控制腔和出油控制腔的压力；将式3改写为： 先导式电液比例伺服阀中，忽略进出油控制腔油液在先导级的外泄漏，则压力动态方程为： 式5中，βe表示油液有效弹性模量，Ct表示主阀芯的泄漏系数，两控制腔油液的压力为Pa、Pb，进油控制腔体积Va＝V0a+Amxm，出油控制腔体积Vb＝V0b-Amxm，V0a表示进油控制腔的初始体积，V0b表示出油控制腔的初始体积，Qa表示流进控制腔的流量，Qb表示流出控制腔的流量，qa表示Pa的未建模干扰，qb表示Pb的未建模干扰，表示Pa的一阶导数，表示Pb的一阶导数；Qa、Qb分别与先导阀阀芯位移xp之间有如下关系： 其中，先导级比例伺服阀的阀系数Cd表示先导阀的流量系数，w0表示先导阀的阀芯面积梯度，ρ表示油液密度，Ps表示供油压力，Pr表示回油压力，s·表示变量·的函数，被定义为： 为了简化表述，将式6改写成：Qa＝kqR1xp8，Qb＝kqR2xp式8，中间变量中间变量 定义状态变量：则式2和式4用状态方程表达为： 式9，表示状态变量xi的一阶导数，下标i＝1,2,3,4,5，系统未知动态干扰中间变量中间变量中间变量中间变量系统未知动态干扰中间变量中间变量中间变量系统未知动态干扰为便于控制器及观测器的设计，作如下假设：假设1：系统期望的位置指令xd是四阶连续的，且系统期望的位置指令、速度指令、加速度指令及加加速度指令都是有界的；假设2：系统的未知动态干扰D1、D2与D3满足：D1|≤π1D2|≤π210，D3|≤π3式10，π1、π2和π3均为未知的正常数项；转入步骤2；步骤2、基于先导式电液比例伺服阀的数学模型，利用指令滤波器设计主阀芯输出反馈非线性位置控制方法，具体步骤如下：步骤2-1、为了解决先导级与主级之间控制腔压力不可测量的问题，构建线性状态观测器估计系统的未知状态，具体如下： 式11，表示对状态xi的估计，表示对状态导数的估计，下标i＝1,2,3,4,5，增益ko1,ko2,ko3,ko4,ko5均为正数；定义观测误差为观测误差的导数下标i＝1,2,3,4,5，用式9减去式11得状态观测器的观测误差为： 步骤2-2、定义系统的滤波跟踪误差其中，e1＝x1-xd表示系统跟踪误差，xd是系统期望的位置指令，ξ1是针对α1的滤波误差补偿信号，α1表示x2的虚拟控制律，为了实现对主阀芯的控制，应设计控制输入使得系统的跟踪误差应该尽可能的小；其中，定义系统的滤波跟踪误差为了实现对主阀芯的控制，应设计控制输入使得系统的跟踪误差应该尽可能的小，具体如下：为便于设计控制器，设计如下的指令滤波器： 式13，αi是指令滤波器的输入，是指令滤波器的输出，i＝1,2,3,4；ωn为一正数，表示滤波器的固有频率，为中间变量，代表的导数；对e1求导可得其导数其表达式为： 其中，表示xd的一阶导数；设计虚拟控制α1为： 式15，增益k1＞0，定义使用指令滤波器后的跟踪误差ξ1是针对α1的滤波误差补偿信号，ξ1设计为： 其中x2c是α1滤波后的信号，ξ2是针对α2的滤波误差补偿信号，对求导得 其中，表示ξ1的一阶导数；步骤2-3、定义滤波跟踪误差中间变量x2c是α1的滤波信号，代表x2的估计，代表x2的估计误差，ξ2是针对α2的滤波误差补偿信号，α2代表x3的虚拟控制律，为保证趋于0，应该保证误差也趋向于0；其中，定义滤波跟踪误差e2＝e2-ξ2，ξ2是针对α2的滤波误差补偿信号，为保证趋于0，应该保证误差e2趋向于0，具体如下：设计ξ2为： 其中增益k2＞0，x3c是α2滤波后的信号，ξ3是针对α3的滤波误差补偿信号，对求导得 表示ξ2的一阶导数；将式18代入式19得： 设计虚拟控制律α2为： 将式21代入式20并结合式12可得： 步骤2-4、定义滤波跟踪误差中间变量x3c是α2的滤波信号，代表x3的估计，代表x3的估计误差，ξ3是针对α3的滤波误差补偿信号，α3代表x4的虚拟控制律，为保证趋于0，应该保证误差也趋向于0；具体如下：设计ξ3为： 其中增益k3＞0，x4c是α3滤波后的信号，ξ4是针对α4的滤波误差补偿信号，对求导可得 表示ξ3的一阶导数；将式23代入式24可得： 设计虚拟控制律α3为： 将式26代入式25并结合式12可得： 步骤2-5、定义滤波跟踪误差中间变量e4＝x4-x4c，x4c是α3的滤波信号，ξ4是针对α4的滤波误差补偿信号，α4代表x5的虚拟控制律，为保证趋于0，应该保证误差也趋向于0；其中，定义滤波跟踪误差ξ4是针对α4的滤波误差补偿信号，α4代表x5的虚拟控制律，为保证趋于0，应该保证误差趋向于0，具体如下：设计ξ4为： 其中增益k4＞0，x5c是α4滤波后的信号，ξ5是最终的递归滤波误差补偿信号，对求导可得 表示ξ4的一阶导数；将式28代入式29可得： 设计虚拟控制律α4为： 将式31代入式30可得： 步骤2-6、定义滤波跟踪误差中间变量x5c是α4的滤波信号，代表x5的估计，代表x5的估计误差，ξ5是最终的递归滤波误差补偿信号，为保证趋于0，应该保证误差也趋向于0；其中，定义滤波跟踪误差e5＝e5-ξ5，ξ5是最终的递归滤波误差补偿信号，为保证趋于0，应该保证误差趋向于0，具体如下：设计ξ5为： 其中增益k5＞0，对求导可得 表示ξ5的一阶导数；将式33代入式34可得： 设计系统的控制输入u为： 将式36代入式35并结合式12可得： 转入步骤3；步骤3、运用李雅普诺夫稳定性理论进行观测器及控制器的稳定性证明，得到系统观测误差及跟踪误差有界的结果，具体如下：定义李雅普诺夫函数V如下： 运用李雅普诺夫稳定性理论进行稳定性证明，得到系统观测误差及跟踪误差有界的结果。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 南京理工大学 基于指令滤波的先导式电液比例伺服阀输出反馈控制方法