本技术提出了一种液压位置闭环系统的非线性控制方法及其系统实现,核心在于伺服阀零偏信号的识别与补偿。方法步骤如下:首先,利用PID控制对系统进行零位伺服控制,并记录伺服阀控制输入信号;其次,评估零位控制精度,若误差在阈值内,则确认零偏信号;若误差超出,则调整PID参数并重复此步骤;最后,基于系统模型设计非线性控制律,引入已识别的零偏信号作为前馈补偿,优化控制输入信号。该发明通过精确补偿伺服阀零偏,显著提升了系统的控制精度与稳定性。
背景技术
液压伺服系统,特别是阀控形式的液压伺服系统具有功率密度高、动态响应快等优势,被广泛应用于航空航天、机器人、材料成型机械等高端设备。然而,在阀控液压伺服系统中,伺服阀所固有的压力-流量非线性,以及存在于整个系统的参数不确定和不确定非线性,将会导致控制精度的严重降级。
针对零开口伺服阀流量系数不确定的问题,此处流量系数是指在空载条件下与伺服阀阀芯单位位移相对应的流量。传统上,流量系数可以理解为一个理想值,不过,由于在加工或安装过程中的误差,零开口伺服阀在出厂时总是存在一定的零偏。另外,随着工作时间的增加,磨损和冲蚀也会导致伺服阀阀口由初始的锐角变成圆角,致使流量系数变成了一个未知的值。目前,将伺服阀的零偏直接忽略或者将其视为一种流量参数不确定进行自适应估计是常见的处理方法。对于前者,现有阀控液压伺服系统将伺服阀零偏作忽略处理,认为其足够小,不足以对整个系统的正常工作造成本质上的影响。事实上,对于一些长时间工作的液压伺服设备,伺服阀零偏会随着工作时间的增加而逐渐增大。目前,也还并还没有研究指出零偏增大到何种程度会对整个系统的正常工作。因此,对于现有的液压位置闭环系统非线性控制方法来说,当伺服阀零偏增大后,将其忽略显然是不合理的。对于后者,由于参数估计的收敛速度和系统稳定性之间存在固有的矛盾,很难同时满足超调量和调节时间两项指标,主要存在以下缺陷:
1.对于一些大功率的阀控液压伺服系统来说,伺服阀额定流量较大,很小的零偏就将产生很大的流量偏差,若采用现有的方法,控制器需要调整的时间相对过长,进而造成综合控制精度的降低。另外,将零偏作为流量参数不确定时,收敛速度并没有一个设置准则,会给调试过程带来极大的苦难;
2.将伺服阀零偏视为流量系数不确定、并增加该参数的自适应速率在一定程度上可以帮助加快流量系数的收敛速度,能在一定程度达到提高控制精度的目的,不过这也大大增加了系统不稳定的风险,并不值得推荐。另外,参数自适应通常还需要满足持续激励的条件,也会限制其适用性;
3.除了在控制精度、系统稳定性和需要持续激励这三方面的不足外,现有的方法还可能面临一定程度的安全隐患。对于一些阀控液压伺服系统而言,由于零偏的存在,在系统还未进入闭环控制之前,就会有流量通过伺服阀流入执行机构,若未及时发现并处理,将造成执行机构内的压力升高,最高可以达到系统压力的结果,具有潜在的安全隐患。
需要说明的是,公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
实现思路