液压作动器力伺服系统参数灵敏度研究

摘要

高集成度高性能的液压作动器已成为足式机器人关节驱动研究的新思路。支撑相的关节力控制已成为提高机器人运动柔顺性、环境适应性和地形适应性的迫切需求。但液压作动器输出力控制是液压系统的难点，输出力控制系统本身稳定裕度小、输出力变化快的特点极大限制了控制系统的增益;同时输出力对系统参数变化敏感，且在外界干扰作用下极易使多余力湮没目标力。这些因素导致了力伺服响应慢、振荡较大而且力跟踪精度较差等后果，远远不能满足足式机器人的要求。因此，针对足式机器人的关节驱动液压作动器力伺服系统的参数进行灵敏度研究，将灵敏度分析理论引入到液压作动器力伺服非线性系统中，能够定量分析系统时变参数，了解系统中各参数灵敏度对系统动态性能的影响，为系统参数优化及控制方法的研究奠定基础，对提高机器人整体性能具有重大意义。
　　本文对液压作动器力伺服系统的参数进行灵敏度研究，采用轨迹灵敏度和矩阵灵敏度两种灵敏度分析方法定量分析系统参数变化对系统输出的影响。首先，针对足式机器人的关节驱动液压作动器力伺服系统建立数学模型，得出其状态空间方程，推导出轨迹灵敏度方程和矩阵灵敏度方程，确定系统参数与系统输出间的关系式。
　　其次，针对系统空载与加载工况，分别对轨迹灵敏度方程和矩阵灵敏度方程编程求解，得到两种灵敏度分析方法的时程曲线，并提出百分比灵敏度衡量法和积分灵敏度衡量法两种灵敏度衡量方法，采用柱形图显示两种衡量方法的数值，用来对比衡量系统采样时间内系统中各参数对系统动态性能的影响，确定出对动态性能产生影响的主要参数的次要参数。
　　最后，根据液压作动器力伺服系统的半物理仿真实验台，采用比较类推法，通过改变系统中积分系数、比例系数、微分系数、伺服阀流量增益、负载质量和负载刚度等可控参数，计算出这些参数在两种灵敏度衡量方法的数值，与灵敏度仿真分析结果对比，验证灵敏度分析方法的可行性与准确性，确定系统各参数对系统动态性能影响大小。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源

1．2 研究背景及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 电液力伺服系统国内外研究现状

1．3．2 灵敏度分析方法研究现状

1．4 灵敏度分析方法在液压系统中需要解决的问题

1．5 本文的主要研究内容

第2章 液压作动器力伺服系统参数灵敏度方程建立

2．1 引言

2．2 液压作动器力伺服系统模型建立

2．2．1 液压作动器力伺服系统基本方程及传递框图

2．2．2 液压作动器力伺服系统状态方程建立

2．3 液压作动器力伺服系统轨迹灵敏度方程推导

2．3．1 轨迹灵敏度方程一般表达式

2．3．2 轨迹灵敏度方程具体表达式

2．4 液压作动器力伺服系统矩阵灵敏度方程推导

2．4．1 矩阵灵敏度方程一般表达式

2．4．2 矩阵灵敏度方程具体表达式

2．5 本章小结

第3章 液压作动器力伺服系统参数灵敏度方程解算

3．1 引言

3．2 液压作动器力伺服系统参数确定及工况设定

3．2．1 液压作动器力伺服系统参数确定

3．2．2 液压作动器力伺服系统工况设定

3．3 灵敏度函数求解及分析

3．3．1 空载轨迹灵敏度函数求解

3．3．2 空载矩阵灵敏度函数求解

3．3．3 空载与加载时参数变化及分析

3．4 灵敏度衡量方法及参数灵敏度分析

3．4．1 灵敏度分析衡量方法

3．4．2 空载参数灵敏度分析

3．4．3 加载参数灵敏度分析

3．5 本章小结

第4章 液压作动器力伺服系统参数灵敏度实验研究

4．1 引言

4．2 实验台组成与工作原理

4．2．1 实验台硬件组成

4．2．2 实验原理

4．3 液压作动器力伺服系统参数灵敏度实验验证

4．3．1 系统仿真模型实验验证

4．3．2 系统参数灵敏度实验验证及分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢