用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法及系统与流程

本发明涉及流体传动与控制领域，尤其是涉及一种用于足式机器人液压驱动单元位置控制系统的基于动态刚度补偿的复合控制方法及系统。

背景技术：

液压驱动型足式机器人对未知及凹凸不平的地面环境具有一定的适应能力，能很好地实现越障功能，并且在野外探测、救援、军事等领域有着广泛应用。美国波士顿公司研制的液压驱动型四足机器人big-dog为例，该机器人仿照常见四足哺乳动物的四肢结构，能够在草地、丛林、沙滩、沼泽、雪地等复杂环境下具备良好的运动性能，并可携带重物。以上研究提升了机器人的实用价值，并促使各国研究人员对此类机器人展开研究。

足式机器人在运动过程中，足端会与周围复杂环境频繁接触，在接触时，足端与地面之间会产生相互作用力，会对液压系统造成一定的冲击，为保护机器人关键元件不被破坏，要求组成足式机器人腿部各关节的液压驱动单元应具备一定的柔顺性，以此来提高足式机器人运动的稳定性。

液压控制系统在受外界干扰时，位置变化的难易程度称为动态柔顺性，其衡量指标定义为动态刚度。在液压驱动单元位置控制系统中，动态刚度是系统所受外负载力与输出位置变化量的比值，动态刚度越大则说明系统在受到外负载力时，输出位置变化量越小。因此动态刚度越大，系统柔顺性越差；当动态刚度为无穷大时，系统输出位置变化量将完全不受影响，定义此时的系统为理想位置控制系统。

液压驱动单元整体柔顺控制，实现原理为以位置控制系统作为液压驱动单元的控制内环，动态柔顺控制作为外环，通过对外环的动态柔顺控制使内环的输入信号产生变化，从而使系统具备一定的柔顺性。该外环动态柔顺控制的整体精度不仅取决于外环的动态柔顺控制方法，也受限于内环的控制精度。理想情况下，以液压驱动单元位置控制系统作为控制内环时，其期望动态刚度趋于无穷大，此时，内环控制精度很高且不受外力影响，以此提高控制内环精度，从而不影响系统整体柔顺控制精度。但是，在实际情况下，由于环境的不确定性及外力干扰等因素，会对内环(位置)控制系统的精度产生影响，且液压驱动单元位置控制内环自身动态刚度不为无穷大，因此，导致液压驱动单元位置控制内环精度下降，从而影响着液压驱动单元整体动态柔顺控制精度。

为了解决上述问题，国内外学者对液压驱动单元(内环)位置控制系统动态刚度及其相应的补偿控制方法展开了大量研究，采用了模糊逻辑控制、智能控制、滑膜控制和鲁棒控制等一系列先进控制方法。虽然，这些方法有着较好的控制效果，但控制方法较为复杂，缺乏工程实用性。更为重要的是：上述位置控制方法未能提出并掌握液压驱动单元位置控制系统固有的动态刚度，因此，液压驱动单元位置控制系统作为控制内环时，其相应的控制器不能以液压驱动单元自身所具备的动态刚度为出发点，导致其动态刚度控制补偿的针对性略有不足。

综上所述，在液压驱动单元位置控制技术中，迫切需要一种针对位置控制系统自身具备的动态刚度的补偿控制方法，提高液压驱动单元的动态性能。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法，包括：获取当前实际输出信号和系统输入信号，得到表征二者偏差的偏差输入信号；对所述偏差输入信号进行纠正调节，生成驱动单元输入信号；利用预设的前馈补偿模型，由当前伺服缸两端压力差得到用于补偿第一固有动态刚度的第一信号，其中，所述第一固有动态刚度是外负载力对从负载力作用点到系统输出端间的固有动态刚度产生的第一影响；利用预设的自适应前馈补偿模型，由所述当前伺服缸两端压力差得到用于补偿第二固有动态刚度的第二信号，其中，所述第二固有动态刚度是所述第一影响通过系统反馈控制传导至系统输入端在所述负载力作用点处产生的消减力影响；根据所述驱动单元输入信号，结合所述第一信号和所述第二信号，得到实际输入至液压驱动单元的信号，基于此，驱动液压驱动单元生成相应的输出位置信号，并基于该信号完成系统反馈控制，以补偿因外负载力对液压驱动单元固有动态刚度的精度的影响。

优选地，在对所述偏差输入信号进行纠正调节，生成驱动单元输入信号步骤中，包括：根据预设的前馈补偿控制系数和所述当前伺服缸两端压力差，将已存储的原始位置控制器调节系数进行更新，得到相应的偏差自定义调节系数，以增大利用前馈补偿控制结合自适应前馈补偿控制，对液压驱动单元固有动态刚度进行提高的程度；获取用于增强所述前馈补偿控制结合所述自适应前馈补偿控制的补偿效果的所述偏差自定义调节系数；根据所述偏差自定义调节系数，进行偏差纠正调节处理，生成相应的所述驱动单元输入信号。

优选地，在利用预设的前馈补偿模型，由当前伺服缸两端压力差得到用于补偿第一固有动态刚度的第一信号步骤中，包括：根据采集到的在当前外负载力作用下液压驱动单元伺服缸左、右两腔的实时压力值，得到相应的所述当前伺服缸两端压力差；将所述当前伺服缸两端压力差，输入至所述前馈补偿模型，得到所述第一信号，其中，所述前馈补偿模型的构建过程包括：基于预设的液压驱动单元位置控制系统传递函数模型，忽略液压驱动单元活塞杆初始位置对位置控制系统产生的影响，构建前馈补偿标准模型，进一步，采用butterworth滤波方法，将所述前馈补偿标准模型进行二阶以上微分环节的优化处理，基于此，忽略两个一阶微分超前环节，得到所述前馈补偿模型。

优选地，在利用预设的自适应前馈补偿模型，由所述当前伺服缸两端压力差得到用于补偿第二固有动态刚度的第二信号步骤中，包括：根据采集到的在当前外负载力作用下液压驱动单元伺服缸左、右两腔的实时压力值，得到相应的所述当前伺服缸两端压力差；获取所述偏差输入信号，将所述当前伺服缸两端压力差和所述偏差输入信号，输入至所述自适应前馈补偿模型，得到所述第二信号，以补偿系统负载流量的变化对输出位移的影响，其中，所述自适应前馈补偿模型构建过程包括：将预设的液压驱动单元伺服阀压力与流量非线性方程转换成一阶泰勒表达式，进一步，基于预设的液压驱动单元位置控制系统传递函数模型，并结合所述一阶泰勒表达式，得到所述自适应前馈补偿模型。

优选地，所述前馈补偿模型的传递函数利用如下表达式表示：

其中，表示前馈补偿模型的传递函数，vt表示伺服缸总压缩容积，ω表示伺服阀固有频率，βe表示液压驱动单元的有效体积弹性模量，cip表示伺服缸的内泄漏系数，ζ表示伺服阀阻尼比，s表示拉普拉斯算子，kaxv表示伺服阀增益，ap表示伺服缸有效活塞面积，kd表示伺服阀阀芯的等效流量系数，ps表示系统供油压力，p0表示系统回油压力，其中，表示当前伺服缸两端压力差，p1表示伺服缸的实时左腔压力；p2表示伺服缸的实时右腔压力。

优选地，所述自适应前馈补偿模型的传递函数利用如下表达式表示：

其中，表示自适应前馈补偿模型的传递函数，kc表示伺服缸流量与压力变化系数，kpi表示pi控制器增益，xv表示伺服阀阀芯位移，kq表示伺服缸流量增益，kaxv表示伺服阀增益，ω表示伺服阀固有频率，s表示拉普拉斯算子，ζ表示伺服阀阻尼比，kadapt表示自适应前馈补偿模型的增益，ue表示偏差输入信号对应的电压值，ps表示系统供油压力，p0表示系统回油压力，其中，表示当前伺服缸两端压力差，p1表示伺服缸的实时左腔压力；p2表示伺服缸的实时右腔压力。

另一方面，本发明还提出了一种用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制系统，该系统用于实现如上述所述的复合控制方法，所述复合控制系统包括：系统输入模块，其配置为获取当前实际输出信号和系统输入信号，得到表征二者偏差的偏差输入信号；位置控制器，其与所述系统输入模块连接，配置为对所述偏差输入信号进行纠正调节，生成驱动单元输入信号；前馈补偿控制器，其与所述液压驱动单元连接，配置为利用预设的前馈补偿模型，由当前伺服缸两端压力差得到用于补偿第一固有动态刚度的第一信号，其中，所述第一固有动态刚度是外负载力对从负载力作用点到系统输出端间的固有动态刚度产生的第一影响；自适应前馈补偿控制器，其与所述液压驱动单元连接，配置为利用预设的自适应前馈补偿模型，由所述当前伺服缸两端压力差得到用于补偿第二固有动态刚度的第二信号，其中，所述第二固有动态刚度是所述第一影响通过系统反馈控制传导至系统输入端在所述负载力作用点处产生的消减力影响；液压驱动单元，其与所述位置控制器、所述前馈补偿控制器和所述自适应前馈补偿控制器连接，配置为根据所述驱动单元输入信号，结合所述第一信号和所述第二信号，得到实际输入至所述液压驱动单元的信号，基于此，驱动所述液压驱动单元生成相应的输出位置信号，以补偿因外负载力对液压驱动单元固有动态刚度的精度的影响；反馈控制模块，其与所述液压驱动单元和所述系统输入模块连接，配置为采集并检测所述输出位置信号，基于此，完成系统反馈控制生成相应的新的实际输出信号，并反馈至所述系统输入模块。

优选地，所述复合控制系统还包括：自整定位置控制器，其与所述位置控制器连接，配置为根据预设的前馈补偿控制系数和所述当前伺服缸两端压力差，将已存储的原始位置控制器调节系数进行更新，得到相应的偏差自定义调节系数，以增大利用前馈补偿控制结合自适应前馈补偿控制，对液压驱动单元固有动态刚度进行提高的程度；进一步，所述位置控制器，其还配置为获取用于增强所述前馈补偿控制结合所述自适应前馈补偿控制的补偿效果的所述偏差自定义调节系数，并根据所述偏差自定义调节系数，进行偏差纠正调节处理，生成相应的所述驱动单元输入信号。

优选地，所述前馈补偿控制器，其进一步配置为根据采集到的在当前外负载力作用下液压驱动单元伺服缸左、右两腔的实时压力值，得到相应的所述当前伺服缸两端压力差，并将所述当前伺服缸两端压力差，输入至所述前馈补偿模型，得到所述第一信号，其中，所述前馈补偿模型的构建过程包括：基于预设的液压驱动单元位置控制系统传递函数模型，忽略液压驱动单元活塞杆初始位置对位置控制系统产生的影响，构建前馈补偿标准模型，进一步，采用butterworth滤波方法，将所述前馈补偿标准模型进行二阶以上微分环节的优化处理，基于此，忽略两个一阶微分超前环节，得到所述前馈补偿模型。

优选地，所述自适应前馈补偿控制器，其进一步配置为根据采集到的在当前外负载力作用下液压驱动单元伺服缸左、右两腔的实时压力值，得到相应的所述当前伺服缸两端压力差，并获取所述偏差输入信号，将所述当前伺服缸两端压力差和所述偏差输入信号，输入至所述自适应前馈补偿模型，得到所述第二信号，以补偿系统负载流量的变化对输出位移的影响，其中，所述自适应前馈补偿模型构建过程包括：将预设的液压驱动单元伺服阀压力与流量非线性方程转换成一阶泰勒表达式，进一步，基于预设的液压驱动单元位置控制系统传递函数模型，并结合所述一阶泰勒表达式，得到所述自适应前馈补偿模型。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明提出了一种用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法及系统。该方法及系统采用前馈补偿控制在系统内产生了一个与第一固有动态刚度相反的第一补偿动态刚度，来补偿系统的第一固有动态刚度，使其整体动态刚度趋于无穷大。进一步，增加了一个自适应前馈补偿控制，来进一步补偿输入电压与输出电压的偏差，从而补偿了系统负载压力的变化。另外，利用自整定位置pid控制提高了前述两种前馈补偿控制的鲁棒性。本发明提高了位置控制系统自身所具备的动态刚度，提高了机器人外环柔顺控制的精度和鲁棒性，从通过提高位置内环控制的精度使得机器人运动的稳定性得到提高。此外，相比于现有的对位置控制系统的优化控制方法算法更加简便，在工程中更容易实现。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的步骤图。

图2为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的现有液压驱动单元位置控制系统传递函数模型的框图。

图3为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的液压驱动单元位置控制系统简化传递函数模型的框图。

图4为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的液压驱动单元位置控制系统固有动态刚度组成示意图。

图5为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的液压驱动单元位置控制系统第一固有动态刚度补偿控制原理框图。

图6为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的液压驱动单元位置控制系统第二固有动态刚度补偿控制原理框图。

图7为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的具体流程图。

图8为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的液压驱动单元位置控制系统固有动态刚度复合补偿控制原理框图。

图9为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的液压驱动单元位置控制系统补偿后的固有动态刚度组成示意图。

图10为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

液压驱动型足式机器人对未知及凹凸不平的地面环境具有一定的适应能力，能很好地实现越障功能，并且在野外探测、救援、军事等领域有着广泛应用。美国波士顿公司研制的液压驱动型四足机器人big-dog为例，该机器人仿照常见四足哺乳动物的四肢结构，能够在草地、丛林、沙滩、沼泽、雪地等复杂环境下具备良好的运动性能，并可携带重物。以上研究提升了机器人的实用价值，并促使各国研究人员对此类机器人展开研究。

足式机器人在运动过程中，足端会与周围复杂环境频繁接触，在接触时，足端与地面之间会产生相互作用力，会对液压系统造成一定的冲击，为保护机器人关键元件不被破坏，要求组成足式机器人腿部各关节的液压驱动单元应具备一定的柔顺性，以此来提高足式机器人运动的稳定性。

液压控制系统在受外界干扰时，位置变化的难易程度称为动态柔顺性，其衡量指标定义为动态刚度。在液压驱动单元位置控制系统中，动态刚度是系统所受外负载力与输出位置变化量的比值，动态刚度越大则说明系统在受到外负载力时，输出位置变化量越小。因此，动态刚度越大，系统柔顺性越差；当动态刚度为无穷大时，系统输出位置变化量将完全不受影响，定义此时的系统为理想位置控制系统。

液压驱动单元整体柔顺控制，实现原理为以位置控制系统作为液压驱动单元的控制内环，动态柔顺控制作为外环，通过对外环的动态柔顺控制使内环的输入信号产生变化，从而使系统具备一定的柔顺性。该外环动态柔顺控制的整体精度不仅取决于外环的动态柔顺控制方法，也受限于内环的控制精度。理想情况下，以液压驱动单元位置控制系统作为控制内环时，其期望动态刚度趋于无穷大，此时，内环控制精度很高且不受外力影响，以此提高控制内环精度，从而不影响系统整体柔顺控制精度。但是，在实际情况下，由于环境的不确定性及外力干扰等因素，会对内环(位置)控制系统的精度产生影响，且液压驱动单元位置控制内环自身动态刚度不为无穷大，因此，导致液压驱动单元位置控制内环精度下降，从而影响着液压驱动单元整体动态柔顺控制精度。

为了解决上述问题，国内外学者对液压驱动单元(内环)位置控制系统动态刚度及其相应的补偿控制方法展开了大量研究，采用了模糊逻辑控制、智能控制、滑膜控制和鲁棒控制等一系列先进控制方法。虽然，这些方法有着较好的控制效果，但控制方法较为复杂，缺乏工程实用性。更为重要的是：上述位置控制方法未能提出并掌握液压驱动单元位置控制系统固有的动态刚度，因此，液压驱动单元位置控制系统作为控制内环时，其相应的控制器不能以液压驱动单元自身所具备的动态刚度为出发点，导致其动态刚度控制补偿的针对性略有不足。

综上所述，在液压驱动单元位置控制技术中，迫切需要一种针对位置控制系统自身具备的动态刚度的补偿控制方法，提高液压驱动单元的动态性能。进一步，需要对整体动态柔顺控制系统中的内环位置控制系统采用动态刚度补偿控制，使(内环)位置控制系统自身的动态刚度更加趋向于无穷大状态，这样，不但可以很好地提高控制系统内环的控制精度，并且改善了系统整体动态柔顺控制精度，从而使机器人运动的稳定性得到提高。

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明提出了一种用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法及系统。该方法和系统将现有的位置控制系统的固有动态刚度作为出发点进行动态刚度机理分析，确定出在当前外负载力作用下对内环系统固有动态刚度的影响的组成部分，并针对每种影响因素设计出相应的补偿模型及对应的控制器，以生成用于补偿因当前外负载力作用于系统而对系统固有动态刚度产生影响的电压补偿信号，并将这几种补偿信号分别输入至当前伺服缸放大板输入端，以驱动液压驱动单元输出补偿后的伺服缸活塞位置输出信号(实际输出位置、输出位置信号)，从而补偿了液压控制单元位置控制系统在受到外负载力作用下的固有动态刚度，提高了内环位置控制的控制精度。

另外，本发明还涉及了一种自整定位置控制器，在通过上述几种补偿信号控制作用后，针对当前固有动态刚度补偿控制能力不足的情况，使得上述补偿控制无法达到完全使液压驱动单元固有刚度达到无穷大状态，故利用这种自整定位置pid控制方法，调节原始输入至伺服缸放大板输入端的输入信号(驱动单元输入信号)，使得在原始驱动单元输入信号后进一步通过上述补偿控制实现完全使液压驱动单元固有刚度达到无穷大状态的控制目标。这样，通过上述技术方案，基于液压驱动单元固有动态刚度为出发点，通过动态刚度补偿控制使得系统内环输出位置变化量不受外负载力作用影响，达到提高液压驱动单元自身的动态刚度的效果，进一步提高控制系统内环的控制精度，并改善了系统整体动态柔顺控制精度，从而使机器人运动的稳定性得到提高。

实施例一

图2为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的现有液压驱动单元位置控制系统传递函数模型的框图。现有的液压驱动单元(内环)位置控制系统包括：系统输入模块1、位置控制器2、液压驱动单元3、和反馈控制模块4，图2展示了现有的位置控制系统各组成部分的传递函数。其中，系统输入模块1用于获取位置控制系统给定的电压输入信号(系统输入信号)和通过位移传感器11检测到的当前系统输出位置信号对应的电压信号(实际输出信号)，得到二者的偏差。位置控制器2从系统输入模块1获取上述偏差输入信号，并按照内部预先设定好的pid调节系数(原始位置控制器调节系数)针对该偏差进行pid纠正调节，生成需要输入至液压驱动单元3放大板输入端的驱动单元输入信号。而后，液压驱动单元3在上述驱动单元输入信号的控制下，驱动包括伺服阀、伺服缸、进回油管路连接块和传感检测元件在内的各部件工作，以控制油液流经伺服阀及缸体内流道来驱动伺服缸往复运动，使得伺服缸内的活塞移动至纠正调节后的相应位置处并输出相应的新的(纠正调节后的)输出位置信号，从而驱动机器人关节运动。最后，反馈控制模块4通过安装在伺服缸活塞处的位移传感器11检测输出与当前输出位置信号(实际输出位置)匹配的位置检测信号，经过位移传感器增益系数进行放大处理，生成与当前输出位置信号(实际输出位置)相一致的新的实际输出(位置电压)信号，并将该信号反馈至上述系统输入模块1中，完成本周期的内环位置控制，以进行下一周期的偏差纠正调节并完成整个内环位置控制。

本发明提出了一种新的针对液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法。图1为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的步骤图。下面根据图1对本发明实施例提出的复合控制方法的具体过程进行详细说明。

首先，在步骤s110中，系统输入模块1获取当前实际输出信号和系统输入信号，得到表征二者偏差的偏差输入信号。具体地，在当前内环位置控制周期内，获取当前液压驱动单元输出的伺服缸活塞位置输出信号(也就是上一内环位置控制周期的伺服缸活塞位置输出信号)相一致的实际输出(位置电压)信号、以及位置控制系统给定的与期望输入信号(期望输入位置)相一致的系统输入(位置电压)信号，对二者进行差值处理，得到相应的偏差输入信号，而后，进入到步骤s120中。

步骤s120位置控制器2按照预设的原始位置控制器调节系数(原始pid调节系数)对上述针对当前内环位置控制周期内的偏差输入信号进行pid纠正调节，生成需要输入至液压驱动单元3的驱动单元输入信号。

接下来，针对实际输入至液压驱动单元3输入端实施本发明实施例中提出的固有动态刚度补偿控制，并通过下述步骤s130～s150完成。首先，对现有液压驱动单元位置控制系统受到外部干扰力作用下对固有动态刚度的影响机理进行分析。

如图2所示，基于现有的液压驱动单元位置闭环控制系统的传递函数框图，研究了理想情况下，将位置控制系统的刚度特性与实际情况进行对比，发现液压驱动单元位置控制系统自身具备的动态刚度并不为无穷大，为了保证内环位置控制的精度，对液压驱动单元位置控制系统自身动态刚度进行分析。

图3为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的液压驱动单元位置控制系统简化传递函数模型的框图。图3展示了现有液压驱动单元位置控制系统在受到外负载力fl作用下的位置控制系统的简化传递函数模型，将安装在液压缸(伺服缸)缸头上的力传感器12作为外负载力作用点，即节点一。此时，如图3所示，通过液压驱动单元位置控制系统简化传递函数框图得出：液压驱动单元位置控制系统自身固有动态刚度由两部分组成：其一，是外负载力fl对系统输出产生的动态影响，称为位置控制系统的第一固有动态刚度该固有动态刚度就是外负载力fl对从负载力作用点到系统输出端之间产生的第一影响；其二，是由于位置控制系统为闭环系统，外负载力fl输入到位置控制系统中会通过闭环系统反馈产生偏差，进一步产生消减该外负载力fl对系统输出产生的动态影响，称为位置控制系统的等效动态刚度即第二固有动态刚度，该固有动态刚度就是上述第一影响通过系统反馈控制传导至位置控制系统输入端在负载力作用点处产生的消减力影响(第二影响)。

图4为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的液压驱动单元位置控制系统固有动态刚度组成示意图。如图4所示，由于第一固有动态刚度和第二固有动态刚度共同作用于输出位置信号，故这两部分为并联关系，在外负载力fl的作用下液压驱动单元位置控制系统通过固有动态刚度控制产生相应的输出位移变化量△xp补偿外负载力对位置控制系统的影响。

具体地，如图4所示，位置控制系统综合固有动态刚度zsp由第一固有动态刚度和第二固有动态刚度两部分组成。当液压驱动单元位置控制系统输入信号与输出位置信号之间没有偏差时，即当输入端偏差输入电压信号ue＝up-ur＝0时，外负载力fl只会对伺服缸活塞的输出位移xp产生沿图3中①方向的影响，在此情况下，系统中存在一个高阶固有动态刚度，即其第一固有动态刚度其中，第一固有动态刚度用如下表达式表示：

其中，表示第一固有动态刚度，fl表示外负载力，xp表示输出位置信号，gf(s)表示外负载力作用到位置控制系统的传递函数，g2(s)外负载力作用到位置控制系统中系统固有的传递函数，mt表示作用在液压缸(伺服缸)活塞上的折算质量，包括负载(伺服缸自身)、活塞、位移传感器11、力传感器12、连接管道和伺服缸内油液以及其它动件的折算质量的总和，v1＝vg1+apl0+apxp，v2＝vg2+apl0-apxp，v1表示液压缸进油腔的容积(具体包括：阀、连接管道和进油腔)，v2表示液压缸回油腔的容积(具体包括：阀、连接管道和回油腔)，vg1表示伺服阀与伺服缸进油连接流道容积，ap表示伺服缸有效活塞面积，l0表示伺服缸活塞初始位置，vg2表示回油腔管道容积，s表示拉普拉斯算子，βe表示液压驱动单元的有效体积弹性模量(具体包括：油液、连接管道和缸体的机械柔度)，cip表示伺服缸的内泄漏系数，bp表示负载及液压驱动单元的阻尼系数，k表示液压驱动单元负载刚度。从表达式(1)中可以看出，由于第一固有动态刚度分子和分母都含有高阶动态环节，当随着外负载力fl动态变化时，会对伺服缸活塞输出位移xp产生动态的影响。

然而，在表达式(1)中得到的位置控制系统动态刚度(第一固有动态刚度)是在输入端偏差电压信号为零时得出的，考虑到实际情况下，由于位置控制系统为位置闭环控制，此偏差输入电压信号为一动态值，不可能实时为零值，且在外负载力fl不断变化时，此偏差输入电压信号更是不同。故外负载力fl对位置控制系统会沿着图3中②方向在节点一处产生消减力f′l，该消减力的值在一定程度上消减了外负载力fl对系统输出的影响，对位置控制系统的抗扰性能产生了积极的作用。在这种情况下，位置控制系统沿图中②方向存在另一个高阶等效动态刚度，即第二固有动态刚度其中，第二固有动态刚度用如下表达式表示：

式(2)中，其中，表示第二固有动态刚度，fl'表示消减力的值，xr表示系统给定的输入位移(系统输入信号对应的位置)，kx表示位移传感器增益，g1(s)表示外负载力作用到位置控制系统中系统固有的传递函数，gpid(s)表示位置控制器传递函数，kaxv表示伺服阀增益，kp表示位置控制器内的增益p，k1表示伺服阀左腔流量系数，k2表示伺服阀右腔流量系数，ki表示位置控制器增益i，ω表示伺服阀固有频率，ζ表示伺服阀阻尼比，ps表示系统供油压力，p0表示系统回油压力，p1表示伺服缸的实时左腔压力；p2表示伺服缸的实时右腔压力。

如图4所示，液压驱动单元位置控制系统实际上是两个动态刚度组成的并联系统，该系统受到外负载力fl时，产生的相同的输出位置偏差(输出位移变化量)可表示为：

其中，zsp表示综合固有动态刚度。由上述表达式(3)可知，综合固有动态刚度的数值越大，产生的位置偏差(输出位移变化量)越小，内环位置控制的精度就越高。

因此，通过对位置控制系统固有动态刚度的机理分析过程，为了达到使得位置控制系统的固有动态刚度趋于无穷大的状态效果，本发明实施例设计了用于补偿上述第一固有动态刚度的前馈补偿模型、以及用于补偿上述第二固有动态刚度的自适应前馈补偿模型，生成相应的电压补偿信号输入至当前液压驱动单元3的输入端处，实现对位置控制系统固有动态刚度的补偿控制。

具体地，在步骤s130中，前馈补偿控制器5利用预设的前馈补偿模型，由当前伺服缸两端压力差得到用于补偿第一固有动态刚度的第一信号。其中，第一固有动态刚度是外负载力对从负载力作用点到系统输出端间的固有动态刚度产生的第一影响。更具体地说，首先，前馈补偿控制器5获取当前外负载力作用下液压驱动单元伺服缸左、右两腔的实时压力值，基于此，得到相应的当前伺服缸两腔压力差数据。需要说明的是，在本发明实施例中，液压驱动单元伺服缸左、右两腔处分别设置有相对应的左腔压力传感器13和右腔压力传感器14，分别采集伺服缸左、右两腔的实时压力值，并可将其实时传输至前馈补偿控制器5、下述自适应前馈补偿控制器6、以及下述自整定位置控制器7中。另外，上述左腔压力传感器13和右腔压力传感器14构成为压力差观测器，如图8所示。

更进一步地说，在实际应用过程中，由于液压驱动单元在外负载力作用点处受到了外负载力fl的影响，使得外负载力作用点处在受到外力作用下，内部伺服缸左、右两腔的实时压力值发生了变化，从而使得当前伺服缸两腔压力差数据发生变化。因此，伺服缸左、右两腔的实时压力值响应了外负载力作用于位置控制系统的作用效果，故当前伺服缸两腔压力差数据反应了外负载力对位置控制系统的影响程度。

而后，在前馈补偿控制器5获取到当前伺服缸两腔压力差数据后，将该数据输入至预先构建完成的前馈补偿模型中，得到第一(补偿)信号。接下来，对本发明中的前馈补偿模型的构建过程进行说明。

图5为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的液压驱动单元位置控制系统第一固有动态刚度补偿控制原理框图。如图5所示，本发明在位置控制系统内产生了一个与位置控制系统第一固有动态刚度相反的第一补偿动态刚度并针对第一补偿动态刚度形成有前馈补偿控制器、以及相应的前馈补偿模型，进一步得到了相应的前馈补偿控制方法(第一固有动态刚度补偿控制)，对位置控制系统中的第一固有动态刚度进行补偿，以达到使得该刚度数值为无穷大的效果，实现对位置控制系统第一固有动态刚度的补偿控制。

具体地，上述前馈补偿模型的构建过程，包括如下步骤：步骤一，基于预设的液压驱动单元位置控制系统传递函数模型，忽略液压驱动单元活塞杆初始位置对位置控制系统产生的影响，构建前馈补偿标准模型；步骤二，采用butterworth滤波方法，将上述构建完成的前馈补偿标准模型进行二阶以上微分环节的优化处理，基于此，忽略两个一阶微分超前环节，得到本发明实施例中的前馈补偿模型，改善了针对第一固有动态刚度的补偿控制效果。

下面通过一个具体实施例对构建前馈补偿模型的过程进行说明。

为了简化控制补偿环节，忽略了液压驱动单元活塞杆初始位置对位置控制系统产生的影响，则有表达式根据上述表达式(1)，得到前馈补偿标准模型，该前馈补偿标准模型的传递函数利用如下表达式表示：

其中，表示前馈补偿标准模型，其中，表示当前伺服缸两端压力差，vt表示伺服缸总压缩容积，kd表示伺服阀阀芯的等效流量系数。

进一步，为了避免带来的高频噪声的不良影响，降低第一补偿电压信号u′g的波动，本发明在实验中采用了butterworth滤波方法，针对上述已构建完成的前馈补偿标准模型的二阶以上微分环节进行优化，并忽略两个一阶微分超前环节vt/4βecips+1和s/2ωζ+1，从而得到优化后的前馈补偿模型其中，前馈补偿模型的传递函数利用如下表达式表示：

其中，表示前馈补偿模型。从上述前馈补偿模型的构建过程中可以看出，由于忽略了一阶微分环节且前馈补偿模型的传递函数中具有时变特性，故该补偿模型并不能完全补偿外负载力对位置控制系统输出位移的影响，这样，便使得输入电压偏差信号仍不为零。此时，第二固有动态刚度会起到进一步地提高液压驱动单元位置控制系统综合固有动态刚度的作用，从而在一定程度上克服了外负载力fl对输出位移xp的影响，而后，进入到步骤s140中。

具体地，在步骤s140中，自适应前馈补偿控制器6利用预设的自适应前馈补偿模型，由当前伺服缸两端压力差，得到用于补偿第二固有动态刚度的第二信号，以补偿位置控制系统负载流量的变化对输出位移的影响。其中，该第二固有动态刚度是上述第一影响通过系统反馈控制传导至系统输入端在负载力作用点处产生的消减力影响(第二影响)。更具体地说，首先，自适应前馈补偿控制器6通过上述左腔压力传感器13和右腔压力传感器14来获取到当前外负载力作用下液压驱动单元伺服缸左、右两腔的实时压力值，基于此，得到相应的当前伺服缸两腔压力差数据。

而后，在自适应前馈补偿控制器6获取到当前伺服缸两腔压力差数据后，将该数据输入至预先构建完成的自适应前馈补偿模型中，得到第二(补偿)信号。接下来，对本发明中的自适应前馈补偿模型的构建过程进行说明。

图6为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的液压驱动单元位置控制系统第二固有动态刚度补偿控制原理框图。如图6所示，由于外负载力的变化造成了位置控制系统伺服缸两腔压力差(负载)的变化，即系统负载的变化，进而，导致液压驱动单元位置控制系统的前向通道增益发生变化，也就是外负载力作用点之前的位置控制系统的相关部件的增益发生变化，从而降低了位置控制的准确性和快速性。因此，本发明实施例在前馈补偿模型的基础上，设计了一个自适应前馈补偿控制方法(即第二固有动态刚度补偿控制)。这种方法使得在位置控制系统内产生了一个与位置控制系统第二固有动态刚度相反的第二补偿动态刚度来进一步补偿偏差输入电压与输出位移对应的电压值的偏差，并针对第二补偿动态刚度形成有自适应前馈补偿控制器、以及相应的自适应前馈补偿模型，从而利用输出的第二补偿电压信号ug”补偿了系统伺服缸两腔压力差(负载)的变化。

具体地，上述自适应前馈补偿模型的构建过程，包括如下步骤：步骤一，将现有液压驱动单元位置控制系统传递函数模型中的预设的伺服阀压力与流量非线性方程转换成一阶泰勒表达式；步骤二，基于预设的液压驱动单元位置控制系统传递函数模型，并结合上述一阶泰勒表达式，得到自适应前馈补偿模型。

下面通过一个具体实施例对构建自适应前馈补偿模型的过程进行说明。

在实际应用过程中，由于外负载力fl的变化，使位置控制系统的负载压力发生变化，也就是当前伺服缸两腔压力的压力差发生变化，从而导致了液压驱动单元位置控制系统的前向通道的增益发生了改变，随着负载压力的增大，位置控制系统动态响应的快速性和精度都会下降，影响了第二固有动态刚度对位置控制系统的积极补偿效果。因此，本发明再次设计了一个自适应前馈补偿控制方法来进一步消除偏差输入电压与输出位移对应的电压值的偏差。

具体地，现有的伺服阀的压力与流量非线性方程可用如下表达式表示：

其中，ql表示负载流量，xv表示伺服阀阀芯位移。从表达式(6)中可以看出，表达式(6)中含有两个状态矢量和xv，对上述表达式(6)改写成一阶泰勒展开式的形式，并将改写结果用如下表达式表示：

其中，kq表示伺服缸流量增益(伺服缸流量增益具体表示负载压降一定时，阀单位输入位移所引起的负载流量变化的大小，该增益值越大，表示阀对负载流量变化的控制就越灵敏)。从上述表达式(7)中可以看出，当外负载力fl增大时，将造成系统负载压力差的增大，负载流量ql就会降低，从而降低第二固有动态刚度对系统补偿的快速性，因此，设计自适应前馈补偿方法通过已构建的自适应前馈补偿模型来补偿负载流量ql的降低。这样，通过实时观测液压驱动单元伺服缸两腔压力差的变化、以及偏差输入信号的变化，来实时调整用于补偿第二固有动态刚度而输出的第二(补偿)电压信号ug”的幅值，自适应的补偿负载力作用点的前向通道增益，实现自适应前馈补偿控制(第二固有动态刚度补偿控制)。

如图6所示，进一步，将上述表达式(7)与现有的液压驱动单元位置控制系统传递函数模型进行结合，得到本发明实施例中的自适应前馈补偿模型。其中，该模型的传递函数用如下表达式表示：

其中，表示自适应前馈补偿模型，kc表示伺服缸流量与压力变化系数(伺服缸流量与压力变化系数具体表示阀开口度一定时，负载压降变化所引起的负载流量变化大小)，kpi表示位置控制器中的pi控制器增益，kadapt表示电压补偿自适应系数(具体表示自适应前馈补偿模型传递函数化简后的整体增益值)，ue表示偏差输入信号对应的电压值。从上述表达式(8)中可以看出，由于本发明实施例中的固有动态刚度补偿控制是在液压驱动单元输入端，也就是伺服阀放大板输入端处(即节点二处)进行补偿，故在节点二处输入了用于消减负载流量ql变化的第二补偿电压信号。实际上，此时，该自适应前馈补偿控制方法产生了一个第二补偿动态刚度来补偿第二固有动态刚度

而后，在分别完成了上述前馈补偿控制和自适应前馈补偿控制之后，将上述生成的驱动单元输入信号、第一信号ug′和第二信号ug″输入至液压驱动单元3输入端处，进入到步骤s150中。步骤s150液压驱动单元3根据接收到的上述驱动单元输入信号，结合第一信号和第二信号，得到实际输入至液压驱动单元输入端的信号，基于此，驱动液压驱动单元生成相应的输出位置信号，以补偿因外负载力对液压驱动单元固有动态刚度的精度影响。进一步，步骤s160反馈控制模块4通过位移传感器11采集当前输出位置信号并进行检测，基于当前输出位置信号，完成系统内环反馈控制，生成相应的新的实际输出信号，并反馈至上述系统输入模块1中，用以作为下一个内环位置控制周期的当前实际输出信号。

综上所述，通过在现有液压驱动单元位置控制系统中采用上述前馈补偿控制与自适应前馈补偿控制相结合的方法，对受到外负载力作用的位置控制系统的固有动态刚度进行补偿控制，有效改善了位置控制系统的控制精度，提高了系统的整体动态刚度，使得系统输出位置变化量不受外负载力作用影响，达到提高液压驱动单元自身的动态刚度的效果，进一步提高控制系统内环的控制精度，并改善了系统整体动态柔顺控制精度，从而使机器人运动的稳定性得到提高。

实施例二

在实际应用过程中，由于在前馈补偿模型和自适应前馈补偿模型的构建过程中都存在简化忽略步骤，仅通过前馈补偿控制和自适应前馈补偿控制能够使得液压驱动单元在收到外负载力后的刚度有所改善，但可能无法完全使得液压驱动单元刚度达到无穷大目标状态。

因此，为了进一步提高上述实施例一中的前馈补偿控制和自适应前馈补偿控制的作用效果，在前馈补偿控制和自适应前馈补偿控制的基础上，设计了一种自整定位置控制方法，这种方法用于在线控制系统前向通道增益，进一步增大位置控制系统固有动态刚度，以弥补仅利用前馈补偿控制结合自适应前馈补偿控制的方法对液压驱动单元固有动态刚度进行提高，使得提高程度不足的情况。

这样，将上述自整定位置控制方法加入到上述步骤一中，构成了一种针对位置控制系统固有动态刚度的复合补偿控制方法。图7为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的具体流程图。图8为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的液压驱动单元位置控制系统固有动态刚度复合补偿控制原理框图。下面结合图7和图8对上述综合补偿控制方法进行说明。

步骤s701系统输入模块1获取当前实际输出信号和系统输入信号，得到表征二者偏差的偏差输入信号。由于该过程与实施例一中的步骤s110的过程类似，故在此不作赘述。

步骤s702自整定位置控制器7观测当前伺服缸两腔压力差，并结合预设的前馈补偿控制系数，将已存储的原始位置控制器调节系数进行更新，生成当前的偏差自定义调节系数，并将该偏差自定义调节系数输入至位置控制器2中，以通过在线调节控制，来增大仅通过前馈补偿控制结合自适应前馈补偿控制的方法对液压驱动单元固有动态刚度进行提高的程度，达到增强前馈补偿控制结合自适应前馈补偿控制的补偿控制效果的目的，从而完成上述自整定位置控制方法。

具体地，自整定位置控制器7根据通过上述左腔压力传感器13和右腔压力传感器14采集到的在当前外负载力作用下液压驱动单元伺服缸左、右两腔的实时压力值，得到相应的当前伺服缸两腔压力差。而后，根据当前伺服缸两腔压力差和预设的前馈补偿控制系数，将已存储的原始位置控制器调节系数进行更新，得到相应的偏差自定义调节系数，以增大仅利用前馈补偿控制结合自适应前馈补偿控制的方法，对液压驱动单元固有动态刚度进行提高的程度。

其中，上述前馈补偿控制系数是表征上述实施例一中动态刚度补偿控制效果(包括：前馈补偿控制和自适应前馈补偿控制)对上述复合补偿控制效果的影响程度的权值系数。具体地，当动态刚度补偿效果相较于整体复合补偿控制效果的来说影响程度较高时，可适当降低当前前馈补偿控制系数。当动态刚度补偿效果相较于整体复合补偿控制效果的来说影响程度较低时，可适当增大当前前馈补偿控制系数。本发明对前馈补偿控制系数的数值不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行设定。

而后，步骤s703位置控制器2获取用于增强前馈补偿控制结合自适应前馈补偿控制的补偿效果的偏差自定义调节系数，将原始位置控制器调节系数进行更新，并根据当前偏差自定义调节系数(代替原始位置控制器调节系数)进行偏差纠正调节处理，生成(在原始位置控制器调节系数更新后)相应的新的驱动单元输入信号。

接着，在完成自整定位置控制并按照新的偏差自定义调节系数进行pid偏差纠正调节处理后，进入到步骤s704中。步骤s704前馈补偿控制器5利用预设的前馈补偿模型，由当前伺服缸两端压力差得到用于补偿第一固有动态刚度的第一信号。步骤s705自适应前馈补偿控制器6利用预设的自适应前馈补偿模型，由伺服缸两端压力差得到用于补偿第二固有动态刚度的第二信号。步骤s706液压驱动单元3根据接收到的上述驱动单元输入信号，结合第一信号和第二信号，得到实际输入至液压驱动单元输入端的信号，基于此，驱动液压驱动单元生成相应的输出位置信号，以补偿因外负载力对液压驱动单元固有动态刚度的精度影响。步骤s707反馈控制模块4通过位移传感器11采集输出位置信号并进行检测，基于当前输出位置信号，完成系统内环反馈控制，生成相应的新的实际输出信号，并反馈至上述系统输入模块1中，用以作为下一个内环位置控制周期的当前实际输出信号。

由于上述步骤s704与实施例一中的步骤s130的过程类似，上述步骤s705与实施例一中的步骤s140的过程类似，上述步骤s706与实施例一中的步骤s150的过程类似，上述步骤s707与实施例一中的步骤s160的过程类似，故在此均不作赘述。

这样，通过将这种自整定位置控制方法与上述两种动态刚度补偿控制相结合，共同作用于位置控制系统，通过在线调节pid增益系数来使得外负载力作用点的前向通道的输入电压根据控制效果来进行改变，也就是使得液压驱动单元输入的驱动单元输入信号的幅值变化，从而提高了位置控制系统固有动态刚度补偿控制的效果，进一步提高了液压驱动单元位置控制系统的自身动态刚度，更进一步地提高了控制系统内环的控制精度，并改善了系统整体动态柔顺控制精度，从而使机器人运动的稳定性得到提高。

图9为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制方法的液压驱动单元位置控制系统补偿后的固有动态刚度组成示意图。如图9所示，优化后的整个控制补偿系统的动态刚度是由液压驱动单元第一固有动态刚度与第二固有动态刚度并联而成的补偿前自身动态刚度zsp、以及各控制器补偿动态刚度并联而成的综合补偿动态刚度。综合补偿控制方法提高了液压驱动单元位置控制系统自身动态刚度，使位置控制系统的抗外干扰性能得到了极大提高。

实施例三

另外，基于本发明实施例一中的复合控制方法，本发明还提出了一种用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制系统，该系统用于实现上述所述的复合控制方法。图10为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制系统的结构示意图。如图10所示，上述复合控制系统包括：系统输入模块1、位置控制器2、液压驱动单元3、前馈补偿控制器5、自适应前馈补偿控制器6和反馈控制模块4。

其中，系统输入模块1，其按照上述步骤s110实施，配置为当前实际输出信号和系统输入信号，得到表征二者偏差的偏差输入信号。

位置控制器2，其按照上述步骤s120实施，与系统输入模块1连接，配置为对上述偏差输入信号进行纠正调节，生成输入至液压驱动单元3的驱动单元输入信号。

前馈补偿控制器5，其按照上述步骤s130实施，与液压驱动单元3连接，配置为利用预设的前馈补偿模型，由当前伺服缸两端压力差得到用于补偿第一固有动态刚度的第一信号，其中，该第一固有动态刚度是外负载力对从负载力作用点到系统输出端间的固有动态刚度产生的第一影响。更进一步地说，前馈补偿控制器5，其进一步配置为根据采集到的在当前外负载力作用下液压驱动单元伺服缸左、右两腔的实时压力值，得到相应的当前伺服缸两端压力差，并将该当前伺服缸两端压力差，输入至前馈补偿模型，得到需要输入至液压驱动单元3的第一信号。其中，前馈补偿模型的构建过程包括：基于预设的液压驱动单元位置控制系统传递函数模型，忽略液压驱动单元活塞杆初始位置对位置控制系统产生的影响，构建前馈补偿标准模型，进一步，采用butterworth滤波方法，将前馈补偿标准模型进行二阶以上微分环节的优化处理，基于此，忽略两个一阶微分超前环节，得到当前前馈补偿模型。

自适应前馈补偿控制器6，其按照上述步骤s140实施，与液压驱动单元3连接，配置为利用预设的自适应前馈补偿模型，由上述伺服缸两端压力差得到用于补偿第二固有动态刚度的第二信号，其中，该第二固有动态刚度是上述第一影响通过系统外环反馈控制传导至系统输入端在负载力作用点处产生的消减力影响。更进一步地说，自适应前馈补偿控制器6，其进一步配置为根据采集到的在当前外负载力作用下液压驱动单元伺服缸左、右两腔的实时压力值，得到相应的当前伺服缸两端压力差，并获取系统输入模块1输出的当前偏差输入信号，将当前伺服缸两端压力差和当前偏差输入信号，输入至自适应前馈补偿模型，得到需要输入至液压驱动单元3的第二信号，以补偿系统负载流量的变化对输出位移的影响。其中，自适应前馈补偿模型构建过程包括：将液压驱动单元伺服阀压力与流量非线性方程转换成一阶泰勒表达式，进一步，基于预设的液压驱动单元位置控制系统传递函数模型，并结合该一阶泰勒表达式，得到自适应前馈补偿模型。

液压驱动单元3，其按照上述步骤s150实施，与上述位置控制器2、前馈补偿控制器5和自适应前馈补偿控制器6连接，配置为根据位置控制器2输出的驱动单元输入信号，结合前馈补偿控制器5输出的第一信号和自适应前馈补偿控制器6输出的第二信号，得到实际输入至液压驱动单元4输入端的信号，基于此，驱动液压驱动单元3生成相应的输出位置信号，以采用前馈补偿控制结合自适应前馈补偿控制的方法实现补偿因外负载力对内部固有动态刚度的精度影响。

反馈控制模块4，其按照上述步骤s160实施，与液压驱动单元3和系统输入模块1连接，采集并检测液压控制单元3输出的输出位置信号，基于此，完成系统内环反馈控制生成相应的新的实际输出信号，并反馈至上述系统输入模块1。

综上所述，通过在现有液压驱动单元位置控制系统中采用上述前馈补偿控制与自适应前馈补偿控制相结合的方法，对受到外负载力作用的位置控制系统的固有动态刚度进行补偿控制，有效改善了位置控制系统的控制精度，提高了系统的整体动态刚度，使得系统输出位置变化量不受外负载力作用影响，达到提高液压驱动单元自身的动态刚度的效果，进一步提高控制系统内环的控制精度，并改善了系统整体动态柔顺控制精度，从而使机器人运动的稳定性得到提高。

实施例四

另外，基于本发明实施例二中的复合控制方法(也就是上述综合补偿控制方法)，本发明还提出了一种用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制系统，该系统用于实现上述所述的复合控制方法。图10为本申请实施例的用于液压驱动单元位置控制系统的复合控制系统的结构示意图。如图10所示，上述复合控制系统包括：系统输入模块1、位置控制器2、液压驱动单元3、前馈补偿控制器5、自适应前馈补偿控制器6、自整定位置控制器7和反馈控制模块4。

其中，系统输入模块1，其按照上述步骤s701实施，配置为当前实际输出信号和系统输入信号，得到表征二者偏差的偏差输入信号。

自整定位置控制器7，其按照上述步骤s702实施，与下述位置控制器2连接，配置为根据采集到的在当前外负载力作用下液压驱动单元伺服缸左、右两腔的实时压力值，得到相应的当前伺服缸两端压力差，并根据当前伺服缸两端压力差和预设的前馈补偿控制系数，将已存储的原始位置控制器调节系数进行更新，得到相应的偏差自定义调节系数并将其发送至位置控制器2中，以增大利用前馈补偿控制结合自适应前馈补偿控制对液压驱动单元固有动态刚度进行提高的程度。

位置控制器2，其按照上述步骤s703实施，与系统输入模块1连接，配置为获取用于增强所述前馈补偿控制结合自适应前馈补偿控制的补偿效果的偏差自定义调节系数，并根据偏差自定义调节系数，进行偏差纠正调节处理，生成相应的所述驱动单元输入信号。

进一步，前馈补偿控制器5、自适应前馈补偿控制器6、液压驱动单元3、以及反馈控制模块4在复合控制系统中的位置、连接关系和功能均与上述实施例三中的相应部件相同，故在此不作具体限定。具体地，前馈补偿控制器5按照上述步骤s704实施。自适应前馈补偿控制器6按照上述步骤s705实施。液压驱动单元3按照上述步骤s706实施。反馈控制模块4其按照上述步骤s707实施。

综上所述，通过将上述前馈补偿控制器5和自适应前馈补偿控制器6，与这种自整定位置控制器7相结合，共同作用于位置控制系统，构成一种新的复合(位置)控制系统，通过在线调节pid增益系数来使得外负载力作用点的前向通道的输入电压根据控制效果进行改变，也就是使得液压驱动单元输入的驱动单元输入信号幅值的变化，从而提高了位置控制系统固有动态刚度补偿控制的效果，进一步提高了液压驱动单元位置控制系统的自身动态刚度，更进一步地提高了控制系统内环的控制精度，并改善了系统整体动态柔顺控制精度，从而使机器人运动的稳定性得到提高。

本发明实施例提出了一种用于足式机器人液压驱动单元位置控制系统的基于动态刚度补偿的位置复合控制方法及系统。该方法及系统采用前馈补偿控制在系统内产生了一个与第一固有动态刚度相反的第一补偿动态刚度来补偿系统的第一固有动态刚度，使其整体动态刚度趋于无穷大。进一步，增加了一个自适应前馈补偿控制来进一步补偿输入电压与输出电压的偏差，从而补偿了系统负载压力的变化。另外，利用自整定pid控制提高了前述两种前馈补偿控制的鲁棒性。最终，将这三种补偿控制进行集成，构成为本发明实施例的位置复合控制方法及系统。本发明提高了位置控制系统自身所具备的动态刚度，提高了机器人外环柔顺控制的精度和鲁棒性，从通过提高位置内环控制的精度使得机器人运动的稳定性得到提高。此外，相比于现有的对位置控制系统的优化控制方法算法更加简便，在工程中更容易实现。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。