逆系统方法在电液位置伺服系统中的应用研究

摘要

非线性是实际系统中普遍存在的现象，有些是由于系统本身的固有特性所产生(如磁路中的饱和非线性)，有些是因系统变量之间的非线性关系而造成(如对线性电阻，其电流与功率之间的平方非线性)。因此，非线性系统是具有一般性的系统。而电液位置伺服系统是一种典型的非线性系统。针对非线性问题，人们尝试利用反馈的方法将非线性系统变换为线性系统，然后再按照线性系统理论完成系统综合设计，逆系统方法由此产生。逆系统方法的特点是：物理概念清晰，即直观又易于理解，不需要高深的数学的理论知识。本文将逆系统方法应用到电液位置伺服系统中，对系统求逆，得到逆系统的状态方程，并将逆系统置于原系统之前，构成伪线性系统，并为已求出的伪线性系统设计了控制器，具体研究各个参数对系统响应速度的影响。由于实验台没有速度和加速度传感器，文中还设计了伪线性系统的状态观测器，来观测系统的速度和加速度。从而实现了被控系统的大范围线性化，提高了系统的动态特性和稳态特性。实验结果表明，利用逆系统方法控制的电液位置伺服系统能较快得跟踪给定信号，系统的响应时间很短，超调量很小，并能够进行极点的任意配置，得到所希望的系统性能。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及课题的目的和意义

1.2 电液伺服系统的特点及其控制策略

1.2.1 电液位置伺服系统的特点

1.2.2 电液位置伺服系统的控制策略

1.3 电液位置伺服系统的逆控制方法

1.4 本章小结

第2章 电液位置伺服系统的建模

2.1 系统的线性化建模

2.1.1 线性化传递函数

2.1.2 线性化的仿真模型

2.2 系统的非线性建模

2.2.1 系统的非线性方程

2.2.2 系统的非线性建模

2.3 线性模型与非线性模型的对比分析

2.4 本章小结

第3章 逆系统方法在电液伺服系统中的应用

3.1 系统的可逆性及逆系统

3.2 单变量系统讨论

3.3 伪线性系统

3.4 非线性系统的逆

3.4.1 引言

3.4.2 相对阶数

3.4.3 可逆性的充分必要条件

3.5 逆系统方法原理

3.5.1 基本原理

3.5.2 一般求逆算法

3.6 电液伺服系统的可逆性

3.6.1 电液伺服系统可逆性分析

3.6.2 建立伪线性系统

3.7 本章小结

第4章 控制器的设计与仿真

4.1 线性PID控制器的设计

4.1.1 线性PID原理

4.1.2 线性PID控制器的参数整定

4.1.3 线性PID控制器的仿真分析

4.2 伪线性系统控制器的设计

4.2.1 全状态反馈控制器的设计

4.2.2 系统观测器的设计

4.2.3 伪线性系统控制器的仿真

4.3 控制器的对比仿真分析

4.4 本章小结

第5章 实验分析

5.1 实验台的结构原理和性能分析

5.1.1 实验台的硬件结构

5.1.2 实验台的软件结构

5.1.3 位置控制系统参数的确定

5.1.4 原系统实验结果

5.2 线性PID控制器的实验结果

5.3 逆系统方法控制的实验结果

5.3.1 逆系统方法控制的实验结果

5.3.2 伪线性系统控制器的参数分析

5.4 控制器对比分析

5.4.1 控制器对比的实验结果

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢