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巨型模锻压机驱动系统鲁棒自适应补偿控制

2017-10-18 08:47:59本网

  巨型模锻压机驱动系统鲁棒自适应补偿控制潘晴黄明辉李毅波宋文举(中南大学高性能复杂制造国家重点,锻压机驱动系统由主工作缸、活动横梁、阀组、控制器等组成。活动横梁的速度由液压系统和控制器控制,通过控制工作油缸的进液流量和压力,实现驱动工作油缸的垂直运动,从而驱动活动横梁压制工件。

  根据牛顿第二定律,对活动横梁和主工作缸柱塞进行整体受力分析,1一主工作缸;2―活动横梁;3―支撑同步缸;4一上模及垫板;5―下模;6―负载(工件)7―位移传感器。

  模锻压机驱动系统及柱塞位移;g为重力加速度;P1为主缸油液压力为回程缸油液压力;A1为主缸柱塞有效作用总面积;A2为单个回程缸柱塞有效作用面积;B为油液黏性阻尼系数;F为综合摩擦力;尺为变形抗力。在工程计算中变形抗力模型为驱动缸流量连续性方程=A1t+Qp1比例流量阀输出流量初始变形抗力;为主缸泄露系数;展为油液体积弹性模量;W为柱塞缸进油腔及进油管路初始容积;Kl为比例阀放大系数u为比例阀输入电压。

  1.2摩擦模型LuGre模型的数学表达式如下阻尼系数;为性摩擦系数;Fr为摩擦力。

  液压机摩擦参数随着负载的变化而改变。因此,引入修正系数适应摩擦参数的变化,同时基于。

  3.2鲁棒自适应控制器设计对于机液耦合子系统(8),引入模型。;rd+a1od+a0xd=Xr,(13)设状态变量y=,=h1e+fee其中P为正定矩阵由,Kr1e,x)和Kr2e,x)为待调节的控制器增益系数。

  定理1针对机液耦合子系统(8),采用控制律T若增益系数自适应律和鲁棒补偿项设计为:d乙12,定义估计误差4=0―Si 11,则摩擦力预估值d乙的a0,ai以及任意的初始条件,该子系统是全局渐进稳定的。

  证明选择李雅斯普诺夫函数如下,并将仿真结果与常规PID控制进行对比。为应用两种控制方法的速度跟踪效果对比,为摩擦观测器的观测结果。

  可证明其导数小于0. 4电液耦合子系统控制机液耦合子系统的名义控制量作为电液耦合子系统的期望信号输入子系统(9)。由电液耦合子系统(9)得针对外界扰动因素,设计干扰观测器补偿扰动对子系统(9)运行的影响,以实现对干扰的有效抑制。引入辅助函数―(r),干扰观测器可设计为由于无外界干扰d⑴的先验知识,假设干扰变化缓慢,则有d=0.令观测误差((0=d⑴一d⑴,由式(16)和(17)可得由式(18)可知:若使得―r)=c>0,则能保证干扰观测器(17)全局渐进稳定。

  5仿真基于本文提出的综合控制策略,以液压机驱动系统为例进行控制效果仿真。系统主要参数如下:油液密度p=850kg/m3,活动横梁质量rn= 82000kg,主工作柱塞缸泄漏系数c= 5X10-11m5/Ns,柱塞缸及油管的初始容积V0=3. 0m3,油液有效体积弹性模量/液黏性阻尼系数B=850Ns/m,摩擦参数辨识过程及结果参见。

  为验证摩擦模型及综合控制策略的有效性,输入速度信号xd=0.0025sint+均方误差MSE~)肌根据上式,应用常规PID控制进行摩擦补偿所得速度跟踪均方误差为1.803X10 %而运用该控制方案速度跟踪均方误差仅为5.771X10 3.结果表明在系统存在非线性摩擦和外界干扰的情况下,应用常规PID控制无法实现高精度的速度跟踪;而采用基于摩擦和干扰补偿的综合控制方案却能获得较小的速度跟踪误差。通过比较不难看出:该控制方案对于摩擦干扰抑制效果很好,表现出了较强的鲁棒性。同时,仿真结果也表明改进型摩擦模型的有效性。

  应用所提出的综合控制策略,能够在非线性摩擦和外界干扰存在的情况下实现对期望信号的高精度跟踪,可为解决机械系统中的爬行抖动问题提供一种新思路。

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