扩轧管电液伺服系统非线性建模与控制

为了研究阀控缸机构的非线性对电液伺服系统控制性能的影响,以钢管生产过程中的扩轧管电液伺服系统为背景,首先通过分析非对称比例(伺服)阀的电信号输入到阀芯位移和阀芯位移到非对称液压缸活塞位移输出过程的非线性特性,建立非对称阀控非对称缸机构的非线性数学模型以描绘实际系统;其次根据实际系统模型的级联性特点,提出了一种融合定量反馈控制理论和扰动估计理论的非线性控制策略,实现了对负载运动和负载压力非线性的分级控制;最后以常规PID控制为基础,对提出控制策略的有效性进行相应的仿真和实际控制对比.结果表明,该控制策略具有更好的系统稳态和动态响应性能,可应用于解决工程实际问题.     

基于AMFC的电液伺服系统控制算法研究

论文针对电液伺服系统非线性难以控制的难题,将非线性状态反馈微分变换和模型跟随自适应控制结合,通过建立阀控非对称缸位置伺服系统的离散非线性参考模型,借助于仿射变换实现了对非线性电液伺服系统的动态反馈线性化,通过仿真说明AMFC在电液伺服系统能够准确跟随参考模型的输出,精度较高,说明AMFC通过与仿射非线性变换相结合将其扩展到电液非线性系统,将成为一种对液压伺服控制系统极有实用价值的非线性控制方法.     

基于GMA喷嘴挡板伺服阀的动态特性

提出基于GMA喷嘴挡板伺服阀的新结构,研制了GMM电－机械转换器及其喷嘴挡板伺服阀,分析其结构特点与需要解决的关键技术,建立动态数学模型。构建基于GMA喷嘴挡板伺服阀动态特性的试验系统,试验研究GMA喷嘴挡板伺服阀的阶跃和幅频响应特性,试验测得其阶跃响应上升时间为1 ms、幅频宽达680 Hz;将试验结果与仿真结果进行对比分析,两者基本吻合,论证动态数学模型的正确性。研究结果表明,用GMM设计新型电—机械转换器,可提高喷嘴挡板阀乃至整个电液伺服系统的频响和精度。     

喷嘴挡板伺服阀性能参数的研究

该文系统地研究了双喷嘴挡板电液伺服阀的工作原理和影响其性能的结构参数,建立了伺服阀结构参数数据库,并基于双喷嘴挡板伺服阀的数学模型开发了伺服阀面向结构参数的仿真平台.将应用软件MATLAB/Simulink进行动态仿真的结果与试验结果进行比较,验证了仿真平台的可行性.利用实验和仿真平台分析了影响伺服阀性能的主要参数.     

双喷嘴挡板电液伺服阀前置级流固耦合分析

分析双喷嘴挡板电液伺服阀前置级的动态流场,研究衔铁挡板组件受力发生偏转导致前置级流场发生变化,分析固定节流口、喷嘴、回油口处的流速、压力变化和功率损失,以及衔铁挡板组件、滑阀阀芯的位移及受力情况。该研究利用ANSYS软件,采用流固耦合分析方法对双喷嘴挡板电液伺服阀衔铁挡板组件及前置级流场进行分析,为双喷嘴挡板电液伺服阀的流场分析提供了一种更接近实际的分析方法,得到更为精确的分析结果,为模型结构参数及固体材料的选择提供一定的指导。     

基于AMESim的喷嘴挡板伺服阀动态性能分析

喷嘴挡板伺服阀的动态性能关系到电液调速系统的控制精度和响应速度。根据挡板组件、阀芯套件的运动规律,推导出了挡板的位移偏移与控制滑阀位移的函数关系和动态平衡方程。结合某型伺服阀的相关参数,采用AMESim软件建立了喷嘴挡板伺服阀动态模型,仿真结果表明:伺服阀具有超快的响应、较高的灵敏度、良好的油压稳定性和稳定的动态跟随性能;系统在阶跃响应下,挡板与喷嘴的间隙能快速准确地回到初始位置保证了稳定初调速度。分析了伺服阀内部状态变量的灵敏度特征,为喷嘴挡板伺服阀结构参数优化和动态性能分析提供了理论依据。     

电液伺服系统RBF神经网络滑模控制

针对阀控液压缸位置伺服系统非线性导致模型参数确定困难及干扰问题，在分析三阶位置控制的电液控制系统原理及模型的基础上，引入神经网络的RBF 径向基控制模型和自适应滑模算法，同时考虑了非1负反馈参数，建立了基于RBF 神经网络滑模控制的电液伺服控制系统数学模型。通过选取合适的Lyapunov 函数，分析了系统稳定性，解决了参数未定及挠动情况下的电液伺服系统控制器设计问题。仿真结果证明，所设计的控制器使系统的输出对给定信号的跟踪精度高，响应快，具有较强的鲁棒性。     

阀控液压缸动力机构通用非线性建模与试验验证

在分析阀控液压缸动力机构工作原理的基础上,应用流量和力平衡方程建立了阀控液压缸动力机构的非线性状态方程数学模型,并运用该模型分别对某六自由度实验平台的对称阀控制非对称缸电液伺服系统和某实际非对称阀控制非对称缸电液伺服系统的压力特性进行仿真分析,通过仿真和试验结果的对比,验证了所建阀控液压缸动力机构非线性状态方程数学模型的正确性。该数学模型具有通用性,可用于各类阀控液压缸系统的仿真、设计和控制策略等的理论研究。     

引入反馈杆动刚度的电液伺服阀动力稳定性研究

电液伺服阀是电液伺服系统的核心控制元件,其性能的优劣直接影响电液伺服系统的应用;该文通过建立电液伺服阀各环节的数学模型,获得电液伺服阀系统传递函数关系,引入基于反馈杆的动刚度表达式,应用模态截断理论,分析了不同模态叠加过程对整个闭环系统稳定性的影响.这些研究工作将对电液伺服阀结构优化设计有一定的指导意义.在理论仿真的基础上,比对某型号电液伺服阀的试验测量结果,表明电液伺服阀存在高频失稳现象,这与理论分析结果呈现一致的规律,为解决电液伺服阀的高频失稳问题提供了技术方案,提供工程设计应用参考.     

十二辊可逆式冷轧机主压下装置液压伺服系统可靠性研究

该文对多辊可逆式冷轧机主压下装置液压伺服系统进行了分析研究。针对目前采用的"喷嘴-挡板"式电液伺服阀作为伺服控制单元出现的抗污染能力差,易"卡死",对维护要求高,系统整体运行的可靠性受到制约等问题,提出了采用抗污染能力强,运行可靠度高的"射流管"式电液伺服阀替代"喷嘴-挡板"式电液伺服阀的可能性。并对"射流管"式电液伺服阀做为控制单元的压下装置液压位置伺服系统进行了数学建模、基于MATLAB/Simulink基础上的仿真与动态特性分析,获得了可行性结论。该项研究对今后板带材轧机压下自动厚度控制系统的设计或改造中采用"射流管"式电液伺服阀做为控制单元,提高整机系统维护性和可靠性,提供了设计依据。     

阀控非对称缸的非线性建模及其反馈线性化

针对阀控非对称缸系统,分别推导了液压缸正反向运动时的状态方程,并最终统一成一个非线性模型。通过仿真和试验,验证了模型的准确性。在此基础上,采用非线性控制理论中的输入／输出精确线性化方法,通过非线性状态反馈变换获得了全局线性化模型,并对系统零动态稳定性进行了分析。该研究对采用线性控制理论实现液压伺服系统的高精度位置跟踪控制有一定的帮助。     

双喷嘴挡板伺服阀前置放大器的流场分析

运用FLUENT软件对伺服阀双喷嘴挡板级进行了三维流场分析,获得了不同喷嘴挡板距的控制压力和恢复流量,运用二次函数拟合得到控制压力与恢复流量的数学模型,并分析了喷嘴挡板内部流道对伺服阀性能的影响。     

伺服阀动压反馈网络流体建模与辨识分析

动压反馈网络是抑制液压伺服系统阻尼比的最关键装置之一。目前其时间常数τ基本按湍流模型进行设计，实际机理并不清楚，造成动压反馈式伺服阀的试验结果与理论结果偏差较大。为了提高时间常数τ的设计精度，提出了一种新的建模方法。在低频段，建立基于层流模型参数τ的设计方法；在高频段，通过黑箱辨识方法建立时间参数τ的线性模型。仿真与试验结果对比表明，该设计方法能够大大提高伺服阀建模的准确性，从而为伺服阀动压反馈网络设计奠定理论基础。     

基于自抗扰控制的转台伺服系统摩擦非线性补偿仿真研究

为克服非线性摩擦在转台伺服系统低速运行时对控制性能的影响,设计一种线性自抗扰控制器.该控制器采用线性扩张状态观测器及线性反馈,将摩擦作为系统总扰动进行实时估计,并加以补偿.基于Lugre摩擦模型建立转台伺服系统的数学模型,对这种线性自抗扰控制器进行仿真实验.结果表明,和传统PID控制器相比,所设计的控制器对非线性摩擦有良好的抑制作用,同时具有响应速度快、稳态误差小,抗扰能力强的特点.     

基于QFT的开关阀控气动位置伺服系统鲁棒控制

考虑开关阀的滞后特性,建立了高速开关阀控气动位置控制系统的非线性模型,并在原模型的基础上,将系统模型处理为包含滞后环节的数学模型。针对该模型对象参数不确定、摄动量大和负载变化范围大等问题,采用包含小闭环的2自由度控制结构,用定量反馈理论,进行系统的鲁棒稳定性、干扰抑制和跟踪性能设计,设计了具有鲁棒性能的控制器,并且设计了有效的摩擦力补偿器。经过试验验证,系统不仅具有较好的稳定鲁棒性,还具有很好的动态性能和位置精度。     

Nonlinear adaptive robust backstepping force control of hydraulic load simulator: Theory and experiments

High performance robust force control of hydraulic load simulator with constant but unknown hydraulic parameters is considered. In contrast to the linear control based on hydraulic linearization equations, hydraulic inherent nonlinear properties and uncertainties make the conventional feedback proportional-integral-derivative (PID) control not yield to high performance requirements. Furthermore, the hydraulic system may be subjected to non-smooth and discontinuous nonlinearities due to the directional change of valve opening. In this paper, based on a nonlinear system model of hydraulic load simulator, a discontinuous projection-based nonlinear adaptive robust back-stepping controller is developed with servo valve dynamics. The proposed controller constructs a novel stable adaptive controller and adaptation laws with additional pressure dynamic related unknown parameters, which can compensate for the system nonlinearities and uncertain parameters, meanwhile a well-designed robust controller is also synthesized to dominate the model uncertainties coming from both parametric uncertainties and uncertain nonlinearities including unmodeled and ignored system dynamics. The controller theoretically guarantee a prescribed transient performance and final tracking accuracy in presence of both parametric uncertainties and uncertain nonlinearities; while achieving asymptotic output tracking in the absence of unstructured uncertainties. The implementation issues are also discussed for controller simplification. Some comparative results are obtained to verify the high-performance nature of the proposed controller.     

基于干扰观测器的电液伺服系统反馈线性化滑模控制

为抑制电液伺服系统中各种非线性因素及不确定干扰,提出了基于输入输出反馈线性化的滑模控制与非线性干扰观测器相结合的控制策略以提高其位置控制跟踪精度。以电液振动台为试验对象,建立其非线性控制模型,利用李雅普诺夫稳定性理论保证了位置闭环系统的全局稳定性。利用MATLAB/Simulink对设计的控制器进行了仿真验证,结果验证了提出的控制器的可行性。为了模拟实际环境下存在不确定干扰,在位置电液系统基础上增加了电液加载系统,开展了试验研究。结果表明,该控制器能有效的提高干扰下电液伺服系统的位置跟踪性能。     

Discrete state space modeling and control of nonlinear unknown systems

A novel procedure for integrating neural networks (NNs) with conventional techniques is proposed to design industrial modeling and control systems for nonlinear unknown systems. In the proposed approach, a new recurrent NN with a special architecture is constructed to obtain discrete-time state-space representations of nonlinear dynamical systems. It is referred as the discrete state-space neural network (DSSNN). In the DSSNN, the outputs of the hidden layer neurons of the DSSNN represent the system's (pseudo) state. The inputs are fed to output neurons and the delayed outputs of the hidden layer neurons are fed to their inputs via adjustable weights. The discrete state space model of the actual system is directly obtained by training the DSSNN with the input–output data. A training procedure based on the back-propagation through time (BPTT) algorithm is developed. The Levenberg–Marquardt (LM) method with a trust region approach is used to update the DSSNN weights. Linear state space models enable to use well developed conventional analysis and design techniques. Thus, building a linear model of a system has primary importance in industrial applications. Thus, a suitable linearization procedure is proposed to derive the linear state space model from the nonlinear DSSNN representation. The controllability, observability and stability properties are examined. The state feedback controllers are designed with both the linear quadratic regulator (LQR) and the pole placement techniques. The regulator and servo control problems are both addressed. A full order observer is also designed to estimate the state variables. The performance of the proposed procedure is demonstrated by applying for both single-input single-output (SISO) and multiple-input multiple-output (MIMO) nonlinear control problems.     

射流管三级电液伺服阀建模与动态特性仿真研究

叙述了射流管式三级电液伺服阀的结构及其工作原理,针对其结构建立了数学模型,并加入PD校正环节,导入MATLAB软件进行仿真,获得其阶跃响应曲线和开环伯德图。通过时域和频域分析表明,加入PD校正环节,使得系统局部相位超前,增加了系统的幅值裕度和相位裕度,因此其可大幅缩短三级阀的调整时间并增强其稳定性,同时反馈杆刚度和功率级滑阀阀芯面积对三级阀的动态响应有很大影响。通过有限元分析了圆形截面和矩形截面的反馈杆刚度,结果表明,在等面积时,由于矩形截面惯性矩大于圆形截面惯性矩,在相同的力作用下,矩形截面的反馈杆的位移较小,因此其反馈杆刚度较大,可提高先导级阀的动态反馈性能,从而更有利于三级阀的动态响应。     

动态非线性压电驱动机电耦合动力学系统建模及其宽带高精度位移控制系统研究

摘要：研究了压电陶瓷驱动器的复杂非线性滞回动力学系统建模及其位移跟踪控制问题。首先采用状态空间方程,建立了一种新型压电驱动机电耦合动力学系统集总参数（Piezo-actuated Electromechanical Coupling Lumped Parameter－PECLP）模型。该模型首次将动态本征非线性集成到压电叠堆的滞回特性中,并兼顾考虑了驱动器中弹性和运动部件的动力学特性。在此基础上,利用微分几何的输入输出线性化方法,导出了一个简化的线性规范型子系统。根据该子系统,设计了一种基于LQ方法的非线性位移跟踪控制系统。与现有控制系统的对比仿真结果表明,本文提出的控制系统不仅消除了驱动器的稳态定位误差,有效的实现整体动态性能的最优化, 而且将其在-3dB的截止频率从638Hz扩展到5217Hz,频带宽度提高了将近一个数量级。较好的改善了驱动器的高速频响特性。