灵巧机电作动器系统的协调控制策略研究及设计

摘要

为提高灵巧机电作动器(Electromechanical actuator,EMA)系统的频率响应和抗干扰特性,并针对多作动器同步工作时的力纷争问题,提出并设计了基于双闭环负载前馈控制的多输入多输出(Multi input multi output,MIMO)位置差交叉耦合的协调控制策略。该策略利用回差矩阵奇异值法设计满足系统稳定裕度要求的参数范围,并采用灵敏度函数和H∞范数理论在所得的参数稳定域内设计并确定最优解,使多作动器系统兼具优异的同步性、稳定性和抗干扰性。同时,建立了集成一体化灵巧机电作动器系统的数学模型,根据点‑点控制要求,确定并设计了双环控制和负载前馈补偿的控制器,以提高单作动器的频响和抗干扰能力。最后,搭建了270 V高压灵巧机电作动器系统实验平台,进行了频率响应、负载前馈补偿、协调控制实验,验证了位置差交叉耦合控制策略的正确性和参数设计的合理性,使系统达到带宽6 Hz、最大输出力20000 N、同步误差≤0.1 mm的伺服控制指标,有效解决了力纷争问题。