液压位置伺服系统的不确定性补偿的滑模控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电液伺服控制技术领域，特别是一种液压位置伺服系统的不确定性补 偿的滑模控制方法。
【背景技术】
[0002] 液压伺服系统具有功重比大、响应快及抗负载刚性强等突出优点，在众多重要领 域内得到广泛运用。电液伺服系统是一个典型的非线性系统，包含许多非线性特性和建模 不确定性。非线性特性有伺服阀流量压力非线性，摩擦非线性等。建模不确定性包括参数不 确定性和不确定性非线性，其中参数不确定性主要有负载质量、执行器的粘性摩擦系数、泄 漏系数、伺服阀流量增益、液压油弹性模量等，不确定性非线性主要有未建模的摩擦动态、 系统高阶动态、外干扰及未建模泄漏等。电液伺服系统向高精度、高频响发展时，系统呈现 的非线性特性对系统性能的影响越显著，而且建模不确定性的存在会使以系统名义模型设 计的控制器不稳定或降阶，因此电液伺服系统非线性特性和建模不确定性是限制系统性能 提升的重要因素。随着工业及国防领域技术水平的不断进步，以往基于传统线性理论设计 的控制器已逐渐不能满足系统的高性能需求，因此必须针对电液伺服系统中的非线性特性 研宄更加先进的非线性控制策略。
[0003] 针对电液伺服系统的匹配和不匹配不确定性和非线性控制问题，许多方法相继被 提出。在液压位置伺服系统控制器的设计中，针对电液伺服系统存在的匹配和不匹配的不 确定性，反演控制设计的基本思想是通过在控制器中对非线性函数进行精确补偿以使误差 动态线性化。虽然理论上可以获得完美的渐近跟踪性能，但是实际系统的模型是不可能精 确已知的，总会存在建模不确定性，因此会恶化理论分析获得的跟踪性能。自适应控制方法 虽然能够处理参数不确定性的问题，但是是在假设系统不存在外干扰的情况下才能获得渐 近跟踪的稳态性能。由于系统中存在不匹配不确定性，传统的滑模控制方法的基本思路是 通过增大控制器的鲁棒性来克服不匹配和匹配不确定性从而到达滑模面，但是，即使到达 滑模面后，系统地跟踪误差在不匹配不确定的干扰下仍然无法为零，只能得到一个和不匹 配不确定性上确界相关的一个一致有界的稳态跟踪误差。并且，通过增大不连续项增益的 方法来增加控制器的鲁棒性，在实际运用中很可能激发系统高频动态，使系统失稳。因而传 统的滑模控制方法具有很大的工程局限性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种液液压位置伺服系统的不确定性补偿的滑模控制方 法。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种液压位置伺服系统的不确定性补偿的滑 模控制方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1、建立液压位置伺服系统的数学模型；
[0007] 步骤2、分别设计不匹配和匹配干扰观测器；
[0008] 步骤3、设计基于不匹配和匹配干扰观测器的滑模控制器；
[0009] 步骤4、根据李雅普诺夫稳定性原理证明系统全局渐近稳定。
[0010] 本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1)本发明巧妙地设计终端滑模干扰观 测器观测液压位置伺服系统的匹配和不匹配不确定性，并在设计滑模控制器中将匹配和不 匹配不确定性补偿掉，大幅度地削减滑模不连续项增益；（2)本发明不使用系统加速度信 息，使得系统在同时存在匹配和不匹配不确定性非线性获得渐近跟踪的性能，增强了滑模 控制方法运用在液压位置伺服系统中抵抗匹配和不匹配不确定性和非线性的能力；（3)本 发明解决了滑模控制方法在系统存在不匹配不确定性的情况下跟踪误差无法收敛到零的 问题，并且获得了稳态跟踪误差为零的跟踪性能。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的液压位置伺服系统的不确定性补偿的滑模控制方法流程图。
[0012] 图2为本发明的液压位置伺服系统的原理图。
[0013] 图3为本发明的液压位置伺服系统的不确定性补偿的滑模控制方法原理示意图。
[0014] 图4为本发明的匹配和不匹配不确定性补偿的滑模控制器作用下系统输出对期 望指令的跟踪过程。
[0015] 图5为本发明的匹配和不匹配不确定性补偿的滑模控制器作用下系统的位置跟 踪误差随时间变化的曲线。
[0016] 图6为本发明的匹配和不匹配不确定性补偿的滑模控制器作用下系统的不匹配 不确定性观测曲线。
[0017] 图7为本发明的匹配和不匹配不确定性补偿的滑模控制器作用下系统的不匹配 不确定性观测误差随时间变化曲线。
[0018] 图8为本发明的匹配和不匹配不确定性补偿的滑模控制器作用下系统的匹配不 确定性观测曲线。
[0019] 图9为本发明的匹配和不匹配不确定性补偿的滑模控制器作用下系统的匹配不 确定性观测误差随时间变化曲线。
[0020] 图10为本发明的匹配和不匹配不确定性补偿的滑模控制器作用下和无不匹配不 确定性补偿的滑模控制器作用下的位置跟踪误差随时间变化曲线。
[0021] 图11为本发明的匹配和不匹配不确定性补偿的滑模控制器作用下系统的控制输 入随时间变化的曲线。
[0022] 图12为本发明的无不匹配不确定性补偿的滑模控制器作用下系统的控制输入随 时间变化的曲线。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0024] 结合图1~3,本发明的液压位置伺服系统的不确定性补偿的滑模控制方法，包括 以下步骤：
[0025] 步骤1、建立液压位置伺服系统的数学模型；
[0026] 步骤1-1、液压位置伺服系统为通过伺服阀控制的液压马达驱动惯性负载的系统； 根据牛顿第二定律，惯性负载的运动方程为：
【主权项】
1. 一种液压位置伺服系统的不确定性补偿的滑模控制方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤1、建立液压位置伺服系统的数学模型； 步骤2、分别设计不匹配和匹配干扰观测器； 步骤3、设计基于不匹配和匹配干扰观测器的滑模控制器； 步骤4、根据李雅普诺夫稳定性原理证明系统全局渐近稳定。
2. 根据权利要求1所述的液压位置伺服系统的不确定性补偿的滑模控制方法，其特征 在于，步骤1所述的建立液压位置伺服系统的数学模型，具体如下： 步骤1-1、液压位置伺服系统为通过伺服阀控制的液压马达驱动惯性负载的系统；根据牛顿第二定律，慍神伤裁的沄动方趕为，
(1) 式（1)中m为惯性负载参数；PL为液压马达两腔压差；A为液压马达的排量；B为粘性 摩擦系数；/(.v，.i^)为建模误差，包括m、匕、B的名义值与真实值之间的偏差以及外负载干 扰；y为惯性负载的位移；j为惯性负载的速度，f为惯性负载的加速度；t为时间变量； 忽略液压马达的外泄漏，液压马达两腔的压力动态方程为：
(2) 式⑵中PJPP2分别为液压马达两腔的压力，片和A