基于李雅普诺夫直接法的电液力控制系统稳定性研究

电液力控制系统是一种高度非线性的时变复杂系统,其传递函数的分子中存在振荡频率较低的二阶微分环节,导致系统状态趋于振荡甚至不稳定,尤其是在系统负载刚度远小于液压弹簧刚度的情况下。针对上述问题,本文运用流量连续性方程和系统动力学方程,建立了适用于全工作范围的阀控缸系统的数学模型,在此基础上得出与输出变量相关的三阶微分方程。然后利用李雅普诺夫直接法的反演方式求解系统稳定条件,将其转变为二阶液压补偿器,并给出了具体的推导过程和构造方案。通过Simulink仿真对比分析了系统分别加入传统双惯性环节和二阶液压补偿器的校正效果,讨论了液压弹簧刚度与负载刚度的变化对系统特性的影响。结果表明,二阶液压补偿器能有效提高系统的稳定性并抑制谐振峰值;对于不同频率的正弦输入信号,系统可在0.12 s内达到稳态,最大稳态误差不超过3.7%;当负载刚度远小于液压弹簧刚度时,随着负载刚度的减小,系统响应速度变慢,稳态误差增大;在液压缸活塞接近于行程终端位置的工况条件下,与双惯性环节校正效果相比,系统在二阶液压补偿器作用下的上升时间、峰值时间和调整时间分别缩短68%、59%和37%,稳态误差减小。     

考虑摩擦补偿的SEA弹性体刚度在线估计方法

提出了一种考虑摩擦补偿的串联弹性作动器(SEA)弹性体刚度在线估计方法.该方法利用作动器在适当条件下电机电流补偿摩擦力矩后估计的力矩来实时校准弹性体刚度,以减小弹性体刚度变化带来的力矩估计误差.通过实验定量分析了基于谐波减速器的系统摩擦力矩模型参数.对比弹性模型和电流模型计算力矩的优缺点,分析出当电机角速度在适当范围且负载变化较小的稳定状态时,电流力矩模型补偿摩擦力矩后可准确地计算负载力矩.负载稳定状态时,以电流模型估计力矩,并采用卡尔曼滤波算法对弹性体刚度实时校准.负载不稳定状态时,以弹性模型估计力矩.实验结果表明,本方法能有效克服弹性体刚度变化导致的力矩误差.     

被动式电液加载系统的变刚度自适应控制

建立了被动式电液加载系统的数学模型,分析由位置扰动和系统自身结构引起的稳态误差,讨论了负载刚度和液压刚度在系统主要行程范围内变化对系统动态特性的影响。采用高阶系统跟随低阶参考模型的自适应控制方法,在选择二阶参考模型的固有频率时综合考虑了两方面的因素,既发挥了液压动力机构响应频率高的优势又确定了合理的频宽。运用Narendra稳定自适应控制理论设计自适应控制器,建立增广误差模型,选取Lyapunov能量函数并导出能使系统全局渐进稳定的自适应律。利用Simulink软件进行数值仿真,仿真结果表明,加入自适应控制器后,系统能稳定地跟随参考模型,两者误差快速收敛为零,并且系统在5组不同参数设置下的动态响应性能几乎一致,上升时间和调整时间分别为4.8ms和14.6ms,稳态误差仅为0.03%;同时,由速度为0.5m/s的位置扰动引起的系统误差最大仅为0.58kN并于35ms后消除。故本文设计的自适应控制器使被动式电液加载系统在变参数和位置扰动条件下的动态特性和精度得到大幅提升。     

电液伺服系统部分参数的一种简易测量方法

为得到电液伺服系统的静摩擦力、库仑摩擦力、粘性摩擦力系数、负载刚度和负载质量参数．从位置控制系统的力平衡方程出发．提出了采用实测出系统在无弹性负载与弹性负载时的系统输出位移曲线、负载压力曲线以及负载压力与输出位移之间的关系曲线。再对量测曲线得到的数据作简单计算以及对多次量测数据作回归处理的方法．将本方法用于材料试验机的液压控制系统．结果表明：方法简单实用。测量结果可靠．     

双缸电液位置伺服同步控制系统的智能控制

针对双缸电液位置伺服同步控制系统的高精度及快速性要求,采用比例积分微分型迭代学习控制算法,设计实现了电液位置同步控制系统.在系统中采用双闭环两级控制策略,将双缸同步误差反馈补偿到输出量中,同时采用比例微分算法对数字控制量进行修正,使双缸互为跟踪对象,保证了双缸运行中的高精度同步.试验结果表明:该同步控制系统具有较高的控...     

矿车连接装置控制系统的性能分析

为了解决矿车连接装置压力补偿问题,根据其结构特点和受力分析,从控制系统阀控缸的数学模型入手,建立位移控制和试验力控制的数学模型,并对系统在特定负载情况下进行详细地分析,确定影响系统的因素.研究结果表明:系统由位置控制切换到力控制时,应将放大器增益值调小,否则力控制系统的开环增益值将增大.位置控制与力控制两种情况都是有差系统,即在相同条件下,位置控制系统比力控制系统的稳定性能好.     

转子系统状态矩阵与稳定性分析

建立了考虑机匣弹性和陀螺力矩以及轴承回转动力激励时的悬臂双盘转子系统的动力学模型和运动微分方程.根据稳定性理论,由状态矩阵特征值的性质,分析了一些结构参数对转子系统稳定性的影响.结果表明:轴承回转动力激励、轴承刚度和转速对系统稳定性均有较大的影响;增大阻尼和机匣刚度对系统稳定运行有利;存在一个临界轴承刚度,当轴承刚度大于临界轴承刚度时,系统存在运动稳定区域,否则系统不存在运动稳定区域.     

直驱式电液伺服转叶舵机AFSM-LTOC控制器

针对直驱式电液伺服转叶舵机的控制问题,提出一种带有负载力矩观测补偿的自适应模糊滑模设计方案.采用自适应模糊滑模控制解决由于系统的不确定性及干扰的存在而不能准确控制的问题,使控制器的设计不依赖于被控对象的精确数学模型.引入负载力矩观测补偿的方法,对负载力矩进行实时动态补偿,抑制负载力矩对系统响应和速度跌落的影响,提高系统的响应速度.基于李雅普诺夫函数推导出规则参数调整的自适应率,保证闭环控制系统的稳定性.实验结果表明:该控制器能够补偿执行单元的交流特性,降低稳态误差,抑制负载力矩扰动,提高系统的鲁棒性和动态特性.     

非线性电液位置滑模控制控制的稳定性

基于李亚普诺夫稳定性理论以及Slotine等的思想,面向电液控制系统的非线性模型,提出了电液滑模控制系统的直接非线性分析与综合新方法,并以一非线性电液位置滑模控制系统为例,对系统的稳定性问题进行了理论研究,给出了相关的定理及证明。结果表明,所提出的电液滑模控制系统的直接非线性分析与综合方法简单实用,且系统稳定可靠。     

位置扰动型电液力控制系统多余力的抑制

在位置扰动下,电液力控制系统中液压缸被动运动引起强迫流量,导致多余力的产生。为了减少多余力对系统跟踪性能的影响,首先建立位置扰动下的电液力控制系统数学模型,分解出多余力表达式,在此基础上提出采用一个与系统中电液伺服阀主阀芯运动方向相反的补偿用电液伺服阀来消除多余力的方案,然后以一个典型的液压系统为例,借助Simulink软件进行数值仿真分析。结果表明,补偿阀能够及时、有效地排出强迫流量并大幅减少多余力,位置扰动下多余力减少量最多达93.5%,输出力跟踪幅值误差不大于2%,稳态误差不大于1.8%。     

射流管伺服阀反馈杆刚度特性研究(英文)

建立了射流管伺服阀反馈杆的刚度数学模型.射流管伺服阀反馈杆为特殊的弹簧元件,可以通过恰当地设计反馈弹簧来实现射流管伺服阀的良好动态特性.同时还构建了反馈杆刚度的优化模型,通过有限元分析进行反馈杆刚度的分析和预测.     

旋转直接驱动电液压力伺服阀稳定性分析

针对最新研制的旋转直接驱动电液压力伺服阀(RDDPV)出现输出压力振荡问题,建立了数学模型和简化框图,得到了RDDPV稳定性判据,并提出了解决方案.RDDPV取消了传统压力伺服阀的机械和液压反馈,采用马达转角内闭环和输出压力外闭环的电反馈伺服控制.研究表明,当阀芯处于进回油口中间位置附近,稳态液动力表现为阀芯位移的正反馈作用,导致整阀机械液压部分刚度为负,稳定性差,此时,马达转角内闭环电反馈刚度对整阀稳定性至关重要.数值模拟和试验表明,增加马达转角电反馈系数,增加了伺服阀电反馈刚度,提高了伺服阀的稳定性.     

调速阀出口节流调速系统动态特性仿真研究

为获得节流调速系统在不同工作条件下的动态特性,在MATLAB/Simulink环境下建立调速阀出口节流调速系统的仿真模型,分析不同开口面积和不同外负载对系统启动及速度切换时动态特性的影响,得出如下结论:(1)在不同开口面积和外负载工况下启动时,液压缸均会有不同程度的速度超调,尤其是在低速和轻载的工况下更为明显;(2)外负载一定时,液压缸速度与调速阀的开口面积成比例,表现为开口面积越小启动时的超调量越大;(3)在同一调速阀开口面积、不同外负载情况下,系统启动后的速度稳态值基本一致,表明该回油调速系统具有良好的速度刚度特性;(4)外负载主要影响系统的瞬态响应过程,在小负载情况下,系统超调量和速度达到稳定值所经历时间较大负载时有所增加。     

电励磁同步电机的U模型自抗扰无速度传感器控制

为有效抑制电励磁同步电机调速时负载等外部干扰对系统稳定性的不利影响,同时考虑到高强度干扰引发的编码器故障,提出一种基于U模型的自抗扰无速度传感器控制策略。首先针对高强度干扰对编码器的影响,建立了基于U模型的电机转速估计模型;然后将负载扰动归为未知扰动,利用扩张状态观测器对扰动进行观测,并将电机转速估计值作为速度反馈,通过反馈控制律进行主动补偿,提出基于U模型的自抗扰无速度传感器控制策略;最后对基于U模型的自抗扰控制器与传统PID控制器进行仿真和实验对比。结果表明,基于U模型的自抗扰控制器较传统PID控制器具有更好的动静态响应特性;基于U模型的自抗扰无速度传感器控制策略具有有效性;在编码器出现故障时,通过U模型对转速的估计仍可保证系统稳定运行,同时还可提高系统的动态性能和抗干扰能力。     

碟簧力学性能试验及仿真分析

针对外径28mm的C系列碟簧,利用微机控制电子试验机进行静力加载试验,得到碟簧不同工况下的载荷-位移特性曲线.基于ABAQUS有限元软件,建立了相应碟簧的有限元模型,进行不同位移载荷下的数值模拟计算,利用实验数据对数值计算结果进行检验并修正,修正后模型的计算结果与实测结果吻合良好.在此基础上,对开发的非标开槽碟簧建立有限元模型,计算得出了不同开槽位置和不同开槽方式下碟簧的载荷-位移特性曲线和刚度-位移曲线,系统分析了不同开槽位置和开槽方式对碟簧载荷变化范围、刚度变化速率、刚度变化幅度、负刚度区域大小和最大等效应力的影响.本研究对非标开槽碟簧的设计和作为负刚度元件在减隔振装置上的应用具有一定的参考价值.     

车辆悬架系统时滞速度反馈控制

在车辆悬架系统中引入时滞速度反馈控制,采用理论与数值相结合的方法研究控制系统的稳定性和控制特性。首先,建立了含控制输入时滞的悬架系统模型。然后采用多项式判别定理与全时滞稳定性判定定理研究系统的稳定性,获得满足全时滞稳定性的系统结构参数范围,并得到数值结果的验证。最后,在一定的系统固有时滞下,采用遗传算法对结构参数和控制增益进行优化。结果显示,优化后的簧载质量加速度比优化前降低了22.7%,表明时滞速度反馈控制律可以有效改善悬架性能,为悬架结构参数的设计及控制策略的选择提供了理论依据,具有重要的工程应用价值。     

基于电液耦合转向系统的车辆载荷变化补偿控制

商用车载荷变化范围较大,导致车辆转向阻力矩变化范围较大;所以在车辆载荷发生变化时,驾驶员所需操纵力矩将随之变化,会使同一车辆的转向操纵手感随载荷变化而不同。针对这一问题,以一种新型电液耦合转向系统为硬件基础,提出了车辆载荷变化补偿控制策略。采用理论公式及Truck Sim软件仿真的方式分析了车辆载荷变化对转向阻力矩的影响,建立两者之间的对应关系;进而设计补偿系数。利用已搭建电液耦合转向系统硬件在环实验台对所提出的控制策略进行验证.结果表明:当带有补偿控制的车辆载荷发生变化时,驾驶员施加在转向盘处手力矩变化轻微,说明控制效果较好,有效减小驾驶员转向操纵手感的变化。     

卡尔曼状态观测器在机器人力控制中的应用

为解决机器人与环境间接触力控制性能受机器人本身动力学参数时变、接触环境变化以及力测量信号干扰噪声影响的问题,设计了基于卡尔曼状态观测器的机器人力控制方案,采用递归最小二乘法来实时估计环境刚度矩阵,引入系统状态误差反馈和卡尔曼滤波算法实现机器人力控制系统对外界干扰及系统模型误差的补偿．实验结果表明：在环境刚度未知的条件下,采用该控制方法可使机器人末端与环境间接触力的误差控制在10％左右．     

基于逐级递推回流控制的压缩机负荷连续调节系统研究

针对石化工艺生产中产量变化时压缩机无法连续调节负荷造成的能量浪费问题,设计了一种基于可编程逻辑控制器（PLC）控制的压缩机负荷连续调节电液系统,主要由S7-300 PLC、电液控制阀、液压驱动器和液压动力单元等组成。系统采用局部行程压开进气阀的控制原理,实现了压缩机负荷在0~100%范围的全量程连续调节,并根据实际工艺流程需求设计了逐级递推式的PID控制回路。该系统能够根据后端工艺的需求自动调节压缩机负荷,保证了工艺量的稳定,同时避免了原打回流方式造成的能量浪费。     

考虑天线罩误差的雷达导引头隔离度影响与UKF在线补偿

针对雷达导引头隔离度对导弹制导控制系统带来的严重影响,建立了包含天线罩误差在内的雷达导引头隔离度模型,对比分析了弹簧力矩、阻尼力矩及天线罩误差引起的隔离度寄生回路稳定性和时域频域性能,并研究了不同干扰输入条件下导弹脱靶量与隔离度幅值的对应关系,重点提出了一种基于无迹卡尔曼滤波（UKF）的隔离度在线补偿方法,并进行了仿真验证.研究结果表明,导引头隔离度的存在会削弱制导控制系统稳定性、降低制导精度,其中负的天线罩误差斜率影响最为严重;闪烁噪声输入下,负的天线罩误差斜率和弹簧力矩隔离度引起的脱靶量较大,而在目标随机机动输入下,正、负天线罩误差斜率隔离度引起脱靶量较大;所提出的UKF隔离度在线补偿方法分别在速度指向误差和目标常值机动输入下均能够同时估计出弹簧力矩系数、阻尼力矩系数和天线罩误差斜率,并实现了对隔离度的有效抑制,达到了改善制导性能,提高制导精度的目的.