一种位置扰动型电液力伺服加载系统多余力补偿方法

本发明涉及一种位置扰动型电液力伺服加载系统多余力补偿方法，属于高精度伺服控制系统的。

背景技术：

1、位置扰动型的电液力伺服加载系统，是一类重要而又复杂的力加载系统。位置扰动型是指在施力过程中，被加载位置系统的位置相对于力加载系统有着显著变化，而这种位置变化是位置系统所主动要求的。电液力伺服系统是负载模拟器的关键组成部分，是典型的机、电、液耦合系统。在力加载系统对位置系统进行输出力加载之前，位置系统发生主动运动并输出位移，反馈回的位移信号会通过力发生函数生成力加载系统的指令信号，即力加载系统会根据位置系统反馈回的位移信号，在试验条件下对其模拟施加实际工作中所受到的载荷力。但在力加载系统进行加载的过程中，会伴随着被加载的位置系统的主动运动。如果将这种主动运动看作是一种强外部扰动，这种外部扰动不仅会严重影响电液力伺服加载系统的加载精度，也使得系统的整体稳定性降低，严重的位置扰动甚至会损坏被测试的产品设备，因此，进行多余力补偿是位置扰动型电液力伺服系统中重要而又不可避免的难题。

2、多余力补偿分的两大方法有前馈补偿方法和速度同步补偿方法，前馈补偿方法的多余力的补偿精度对系统建模的精度要求较高，并且需要实时获取准确的位置系统液压缸的输出速度作为输入，对获取的速度信号较为敏感，抗干扰能力差。速度同步补偿方法的输入为位置系统的伺服阀的输入信号，避免了获取位置系统输出速度噪声的干扰，但加载过程中系统时变参数的存在，使得这种常数增益，开环补偿的精度不高。利用参考模型自适应控制器，并基于前馈补偿和速度同步补偿的优点，可以使两系统液压缸输出速度保持相对一致，提高系统的力加载精度，实现补偿多余力。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和技术需求，本发明提出了一种位置扰动型电液力伺服加载系统多余力方法，以此来补偿多余力，使得电液伺服加载系统具有较好的控制精度以及稳定性。

2、本发明予以实现的技术方案是：

3、一种位置扰动型电液力伺服加载系统多余力补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、步骤1、以力加载系统液压缸的输出速度为同步目标，以位置系统液压缸的输出速度为参考目标，将液压缸的输出速度分为以伺服阀芯位移xv,1为输入的主动运动速度和以系统弹性负载力fn,1为输入的被动运动速度；

5、步骤2、引入narendra自适应控制器代替传统控制方式，根据液压缸运动速度设计增广误差模型ge(s)，设计被动运动速度的控制律和参数自适应律，再对增广误差模型进行改进，设计主动运动速度进行控制律和参数自适应更新律；

6、步骤3、将主动运动速度和被动运动速度控制律和参数自适应更新律经过转化，得到系统的总体速度同步控制律和参数自适应调节律，将被动运动控制量转化到主动运动控制量，利用参考模型自适应控制得到力加载系统伺服阀的额外输入控制量，实现多余力的补偿。

7、以力加载系统液压缸的输出速度为同步目标，基于以下公式实现：

8、

9、式中：np1(s)＝s，

10、dp2(s)＝dp1(s)

11、以位置系统液压缸的输出速度为参考目标，基于以下公式实现；

12、

13、式中：ap为液压缸活塞有效面积，kce,1为系统总流量的压力系数，m3/(s·mpa)，mt为液压缸和负载折算到活塞上的总质量kg，vt是液压缸的总容积，βe为体积弹性模量，xv,2为伺服阀阀芯位移，gm1是有关的主动运动速度，fn,2是与系统弹性负载力，gm2为有关的被动运动速度；

14、采用narendra自适应控制器分别对系统的主动运动速度和被动运动速度进行控制律和参数自适应更新律的设计，具体为；

15、被动运动的系统自适应控制律和参数自适应自适应律为：

16、

17、主动运动的参数自适应调节律为：

18、

19、主动运动的系统自适应控制律为：

20、

21、本发明的有益效果：

22、1)由于电液力伺服加载系统是一个典型的强非线性系统，具有流量增益系数、流量压力系数等时变参数，这就使得固定增益的补偿控制方法不能满足所有工况下多余力的补偿效果。设计基于参考模型自适应控制的速度同步补偿方法，以力加载系统液压缸的输出速度模型为可调系统，以位置系统液压缸的输出速度模型为参考模型，使得在力加载过程中力加载系统能和位置系统的输出速度按照输出力要求保持“相对静止”，可以实时更新补偿参数，能够在各种复杂加载情况下保持系统多余力的补偿精度。

23、2)引入输入-输出模型参考自适应控制器设计，可以利用位置系统的输入指令信号、液压缸输出速度信号和力加载系统液压缸的输出速度信号，来设计参考模型自适应控制方法，以使两系统液压缸输出速度保持相对一致，达到补偿多余力的目的。

技术特征：

1.一种位置扰动型电液力伺服加载系统多余力补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种位置扰动型电液力伺服加载系统多余力补偿方法，其特征在于步骤一所述，以力加载系统液压缸的输出速度为同步目标，基于以下公式实现：

技术总结本发明公开了一种位置扰动型电液力伺服加载系统多余力补偿方法。该发明首先以力加载系统液压缸的输出速度为同步目标，并将其速度分为主动运动速度和被动运动速度两部分；以位置系统液压缸的输出速度为参考目标。采用Narendra自适应控制器对主动运动速度和被动运动速度进行控制律和参数自适应更新律的设计，并经过转化得到系统总体速度同步控制律和参数自适应调节律。本发明在系统多余力补偿方面要优于固定系统的开环补偿方法，能够在各种复杂加载情况下保持系统多余力的补偿精度。技术研发人员：高炳微,唐湘朋,杜书超,徐滨受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18