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液压位置控制伺服系统外文翻译
液压位置控制伺服系统
一绪论
在控制系统的研究中液压位置控制伺服系统被广泛的应用,因为当工作点的状态发生变化时他的输出动态特性是非线性的。但是这种非线性的动态特性使得调节装置的设计变的比较困难。例如:在位置控制液压伺服系统的设计中若按照PID这种传统的控制方法来设计,那么将使得控制参数的调节变的比较困难。如果在设计中使液压伺服系统线性化,那么许多重要的动态信息或许会被丢失或忽略。所以液压伺服控制系统设计中选择一个适合非线性的控制方法就显得特别的重要了。在这篇的论文中,将对带柔性负载液压伺服系统滑模态控制的应用进行讨论。
滑模态控制[3-7] 是一个有力的非线性控制方法,它能够为非线性系统提供鲁棒性能。在这个方法中通常利用系统的工作点对预期轨迹进行跟踪。,这个滑模块有着非常有用的不变特性。最近出版了一些研究用滑模块控制的液压动力系统的论文。但大多数的都只有讨论刚性负载的液压位置控制伺服系统。却很少有人讨论用滑模块控制的更复杂得像带柔性负载的液压位置控制伺服系统。在一些研究中华模块被用作起重机起重臂的简化模型,它由两个滑块和一个弹簧连接而成。基本的控制问题已经有Viersma开始讨论研究了,一些适合于滑块控制的应用场合将在后面的论文中提出。在这些研究中人们利用一个最佳的二次线性方程的几何模型来使工作点附近的线段线性化,因此要在现实中获得比较理想的鲁棒性能比较困难。在这篇论文中我们将利用实时实验来演示和讨论一个适合解决柔性负载液压位置控制伺服系统的滑模块控制方法。在第二段中我们将给出柔性负载的液压位置控制伺服系统的数学模型以及综述暂且存在的一些问题。根据控制目的,我们将在第三段中讲述一些为这个模型所设计的滑模块的一些细节。第四段中我们将对由实时实验获得有用的仿真图形进行分析。最后我们在第五段中给出结论。
二问题的阐述

首先我们建立描述柔性负载液压位置控制伺服系统的结构之间关系的数学模型。系统的数学模型的建立来源于力平衡方程,其方程如下:

其中液压腔中腔1和腔2的连续性方程(3)、(4)中的参数、的确定如下:

其中C是常数,C的计算公式如下:
系统中还使用了没有动力学的快速阀,其特性的描述如下:
利用下面替代关系进行变换:
那么我们可以得到描述这个模型的状态矢量方程:


其中
我们定义负载压降如下:
所以系统的状态矢量为现在我们规定这个模型的控制问题要求如下,系统得参数位置情况下,在预先给定一个有限的输入量,滑模块控制设计的工作状态矢量能够跟踪渴望得到状态矢量,这个过程也可以通过数学模型来表达:
为跟踪预期轨迹的系统的阶跃响应的上升时间。(18)
三滑模块控制系统的设计
在这一段中我们将要设计一个系统的参考模型并要定义一个交换表面。首先我们利用Lyapunov稳定性理论可以获得一个等价的控制规律,然后我们再得出整个滑模块控制系统的控制规律。
设计预期轨迹
这个模型的控制系统的方块图如Fig. 。定义系统误差如下:

其中i1,…,,相应的预期最大速度可以通过对进行求导得到。我们可以建立一个如下的参考模型来获得柔性负载的预期位置轨迹及其速率轨迹。
其中s为拉普拉斯变换因子,通过解放成(12)可以得到。为了得到零误差的稳定状态,根据方程(9)-(14)、(16)、(19)和(20),可以得到动态误差系统的空间矢量方程如下:

设计转换表面

特地为这个模型设计了一个转换表面,起作用使为了同时对系统的所有状态的预期轨迹进行跟踪,其数学表达如下:

并定义e为
其中()为有利因子。

滑模块控制器
其拉普拉斯表达式为:
V为正数,根据拉普拉斯稳定性判据可以得到
这是建立滑模块控制系统的必要条件,将方程(23)-(27)以及(29)带入(31)可以得到
所以我们可以通过方程(32)得到在没有外部干扰的情况下的模型的所谓等价控制规律如下:
因此整个滑模块模型的控制规律可以假设为:
其中K为开关的增益,是用来保证在转换表面形成一个滑模块,是滑模块控制系统中的一个非常重要的参数。控制规律方程由等价控制和转换控制两部分组成。为了减少输入信号的失真,我们用因子函数(35)代替输入信号函数(34),这个函数的特性描述如下:
在S里是分界层的厚度,在动力学的书瞬态阶段,S可能在分界层之内或之外,然而只要满足拉普拉斯稳定性判别定理,S的取值仍然在