电液位置伺服系统的控制器设计.docx

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1、 电液位置伺服系统的控制器设计 提交日期： 2012年09月04日 研究生签名：学 号201120113223学 院自动化科学与工程学院课程编号S0811010课程名称鲁棒控制学位类别硕士任课教师刘富春教师评语：成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日电液位置伺服系统的控制器设计1 引言电液位置伺服控制系统在大型飞行模拟器上得到了广泛而深入的应用，现在几乎所有的飞行模拟器运动平台都采用了该系统。本文利用MATLAB对电液伺服系统从数学建模到算法及控制器设计，并对其进行仿真和分析。2 数学建模电液位置控制系统是一个3阶的系统，其线性系统方程如下：式中 为状态变量，输出位移，m阀控缸运动部件总质

2、量，kg液压源压力，Pa的最大值，m粘性摩擦系数，外力干扰，N液压缸活塞等效面积，油液等效体积弹性模量，Pa两油缸总容积，液压缸内泄漏系数，流量压力系数，控制电压，VU的最大值，V在系统控制器设计中，为了抑制干扰，往往加入控制器设计，该控制器设计思路为：当利用研究对象的数学模型设计控制器时，由于模型的不确定性以及干扰型号的不稳定性，与任命所推导的数学模型存在一定的误差。为了使系统渐近稳定，消除干扰信号的影响，利用增广对象模型来设计控制器K，使得K在稳定被控对象的同时，使干扰信号W到观测输出Z函数矩阵的范数最小。设计控制器使得闭环系统稳定，并对任意时间T有式中 Q、R半正定加权矩阵 干扰信号 给

3、定的正常数将（1）式写成标准的控制问题的状态空间形式式中，定义性能指标 式中，则增广控制对象为 将(3)、(4)写成传递函数矩阵形式求解控制器 P为下列代数Riccati方程的正定解，其中，E为单位矩阵3 实例计算设某一电液位置控制系统，其参数如下：通过以上参数设计控制器K，使得系统具有鲁棒性以及抗干扰能力较强。首先确定Q、R加权矩阵，控制要求Q、R为半正定矩阵，在电液伺服系统最优控制时，常取Q、R为对角矩阵。令，经过分析，取，R为单位矩阵。代入各个参数，得4 仿真结果与分析利用MATLAB中Simulink模块，进行系统仿真，系统框图如下，加入单位负反馈。图4.1 单位负反馈系统框图分别取外

4、力干扰=5,100,500,1000，得到以下波形图4.2 外力干扰f分别取5、100、500、1000时的阶跃响应波形由以上波形可以看出，该系统在没有加入控制器的时候，随着干扰的增加，系统由一开始的稳定变得逐渐有波动，当f=1000时，系统呈发散趋势，变得不稳定了。现在加入鲁棒控制器，再看一下效果。代入各个系统参数，通过求解Riccati方程，可得加入状态反馈控制器，可得系统框图为图4.3 加入控制器后的系统框图由于的控制器调试结果不理想，作为稍微调整，参数的波形如下，同样去干扰=5、100、500、100. 图4.4 加入控制器之后的系统阶跃响应从仿真波形可以看出，加入鲁棒控制器之后，系统的抗干扰能力大大增强，随着干扰的增大，系统依然处于稳定状态，所以鲁棒控制器可以大大的提升系统的稳定性。5 结束语由仿真结果可以看到，鲁棒控制器可以使系统的抗干扰能力大大增强，但是会对系统的响应速度产生一定的影响，响应速度变慢。如果对于稳定性要求较高而实时性要求不高的系统，鲁棒控制器将是很好的选择。7