垂直向力位耦合电液系统控制策略研究

摘要

垂直向力位耦合电液控制系统主要用于研究物体处于位置控制或力加载控制情况下另一耦合系统对物体产生的干扰影响，对提高电液系统的跟踪性能具有重大意义。因此，本文在国家自然科学基金面上项目“基于振动与加载多元耦合的超冗余驱动电液系统协调控制研究（项目编号：51575511）”支持下，开展垂直向力位耦合电液系统的相关控制策略研究。 首先，本文根据电液系统的结构组成进行运动学分析，使得系统可以对每一个自由度进行独立控制。在此基础上建立了液压系统数学模型，通过仿真模型的构建分析系统的动态特性。 其次，针对电液系统出现的力位耦合情况，利用非线性的方法进行控制策略研究。根据建立的位置和力加载状态方程分别进行反步控制器设计，对控制器进行仿真。考虑到力位耦合的情况，在位置系统的仿真下，控制位置信号的同时，对系统施加力加载信号；在控制力加载信号时，对系统施加位置信号，分别对这两种情况下进行仿真分析。 然后，为了进一步的消除耦合系统带来的干扰，在设计的反步控制器的基础上，提出自适应鲁棒控制器。对于位置系统，采用干扰观测器和参数自适应的方法对控制器进行改进；对于力加载系统，采用自适应反步滑模的控制方法对控制器进行改善。将两种控制器进行仿真设计，验证提出的自适应鲁棒控制器在耦合系统下的控制效果。 最后，介绍试验系统的工作原理和软硬件组成，对力位耦合电液系统进行实验验证。分别对传统控制器，反步控制器和自适应鲁棒控制器进行试验，具体做法是在位置控制下用与之耦合力加载系统施加干扰，在力加载控制下用与之耦合的位置系统施加干扰，比较最后输出信号的跟踪精度，从而验证提出的自适应鲁棒控制策略的有效性。

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