多液压缸同步驱动系统DCAT-NDI控制研究.pdfVIP

第 35卷第 1期 杭 州 电子 科 技 大 学 学 报(自然科学版) V01．35No．1 2015年 1月 JOURNAL OF HANGZHOU DIANZIUNIVERSITY(NaturalSciences) Jan．2015 DOI：10．13954／j．cnki．hdu．2015．01．003 多液压缸同步驱动系统DCAT-NDI控制研究 倪 敬，王宏亮，蒙 臻，刘湘琪 (杭州电子科技大学机械工程学院，浙江杭州310018) 摘要：针对多缸同步电液伺服系统(MIMO系统)驱动性能易受执行器冗余和外部扰动等非线性因 素影响的问题，建立了MIMO系统最简形式(四缸同步驱动系统)的动力学模型，并引入基于二次 规划的动态控制理论 DCAT和非线性动态逆控制策略NDI，提出了一种 DCAT—NDI的多缸同步控 制策略。该控制策略首先计算负载姿态期望的最优映射，实现了MIMO系统各液压缸位移期望输出 的解耦；其次，根据跟踪位移误差与速度期望以及跟踪速度误差与加速度期望的相似性原理，引入位 移频率带宽和速度频率带宽概念，构造各 自通道的逆系统，从而求解各 自通道的最优控制。仿真和 实际结果表明，该文提出的控制策略比常规PID同步控制策略具有更好的同步性能和稳定性能。 关键词： 动态控制分配；非线性逆；多缸同步驱动；电液伺服控制 中图分类号：TP273 文献标识码 ：A 文章编号：1001—9146(2015)0l一0ol4—09 O 引 言 多缸同步电液伺服系统广泛应用于冶金、军事、机械制造等工业中的重型负载提升和推拉场合…， 多缸同步控制的研究对于满足上述许多领域的实际需要具有重要的理论意义和工程使用价值 。 对于多液压缸同步控制问题，国内外许多学者进行了大量的研究。如Cheng—YiChen等针对双缸举升 电液伺服同步驱动系统，设计了前馈控制与模糊跟随控制相耦合的控制方式 ；Xiong等针对对象模型采 用了自适应控制的方法，同时在控制策略中加入了交叉耦合的概念，改善了对象模型的同步精度，也减小 了液压系统非线性因素的影响 ；ZhangWei以远程遥控的双缸同步驱动系统为研究对象，采用平衡阀和 电液伺服控制以达到同步控制 ；刘少军等人以锻模液压机为研究对象，提出鲁棒控制技术来提高系统同 步控制精度 ；沙郑辉等人研制了基于模型参考模糊 自适应控制(MRFAC)的双缸同步驱动系统 ；顾凯 等人以伺服同步夹持试验平台为研究对象，提出位置闭环和力跟随控制策略 。根据 以上文献所述，目前 的控制策略，一方面，大都基于经典的液压伺服系统建模理论，没有考虑多个阀控缸系统的管路流量耦合 特性；另一方面，以上研究大都集中在鲁棒和智能控制领域，其控制策略的实现可靠性还有待进一步完善。 因此，进一步研究多缸电液伺服同步驱动系统动特性，优化系统同步控制策略是十分必要的。 于是，本文以多缸同步驱动系统的最简形式 (四缸同步驱动系统)为测试平台，建立实际系统动力 学模型，并引入基于二次规划的动态控制理论 (DynamicControlAllocationTheory，DCAT)和非线性动态 逆控制策略(NonlinearDynamicInverse，NDI)，提出了一种 DCAT—NDI的多缸同步控制策略，并对该控 制策略进行了仿真及实验。 收稿 日期：2014一O5—28 作者简介：倪敬 (1979一)，男，浙江武义人，教授 ，电液伺服同步系统建模与控制应用 l6 杭 州 电子 科 技 大 学 学报 2015年 1．2 负载姿态与各液压缸活塞位置的关系 根据图2，定义矢量z= ]，z。=[z。0x 0r]．r，其中z(i=1，2，3，4)表示各液压缸活 塞在 方向的位移，则z与z。的关系如下： (P3y—P ) Z2一3 (Ph—Pl) = 一zl (2) c =(1