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反饋線性化控制一臺轉動液壓傳動
控制工程實踐， 15卷， 12期， 2007年12月，頁1495至1507頁
Jaho Seo, Ravinder Venugopal 和 Jean-Pierre Kenné
摘要
線性反饋技術是用于設計控制器的位移、速度和控制液壓往復傳動的壓差。該控制器，應用了平方根非線性系統(tǒng)的動力學，用于實施實驗性測試平臺和成果的績效評估測試。本研究的目的是雙重的：第一，以目前的一個統(tǒng)一的方法跟蹤控制的位移，速度和壓差;第二，通過實驗解決問題的系統(tǒng)是否可以以足夠的精確度模仿，從而有效地取消了非線性在實際體系中的應用。
關鍵詞：非線性控制;反饋線性化;液壓作動器;實時系統(tǒng)
1 導言
電液伺服液壓系統(tǒng)（ ehss ）廣泛應用于各個行業(yè)，涉及到液壓沖壓、注塑成型機和航天飛行控制致動器。電液伺服液壓系統(tǒng)作為非常有效的動力驅動系統(tǒng)，擁有高功率/質量比，反應快，高剛度，高承載能力等優(yōu)點。最大限度地利用液壓系統(tǒng)，并滿足日益嚴格的性能要求，魯棒跟蹤精度高和快的響應速度是高性能伺服控制器所需要的。但是，傳統(tǒng)的線性控制器（ [Anderson， 1988年]和[Merritt， 1967年] ）的局限性在于非線性動力學在電液伺服液壓系統(tǒng)中的應用，具體地說，一個平方根關系壓差驅動流的液壓流體和流速。這些限制已在文獻上都有記載了，見Ghazy（ 2001 ） ，Sun and Chiu（ 1999 ） ，例如:
若干做法已被提出，以解決這方面的不足，包括使用變結構控制（Ghazy ， 2001年; Mihajlov, Nikolic, & Antic ， 2002年） ，回步（Jovanovic， 2002年; [ kaddissi等人， 2005年]和[ kaddissi等人， 2007年]; ursu ＆Popescu, 2002年）和反饋線性（ [[Chiriboga et al.， 1995年]和[Jovanovic， 2002年] ） 。變結構控制在其基本形式是容易的抖振（ guglielmino ＆Edge， 2004年）因為控制算法是基于轉換的;但是，提出了一些方案來解決這一問題（ [ ghazy ， 2001年] ， [ guglielmino and Edge， 2004 ] and [Mihajlov et al.， 2002年] ） ?；夭竭@種技術，是基于Lyapunov理論，并保證漸近跟蹤（ [Jovanovic, 2002，] ， [ kaddissi等人， 2005年] ， [Kaddissi et al.， 2007年]和[[Ursu and Popescu, 2002]） ，但是，尋找一種適當應用函數(shù)的技術具有挑戰(zhàn)性。使用這種方法的控制器具有典型的復雜性而且校正控制參數(shù)瞬態(tài)響應也不直觀。其他的Lyapunov為基礎的技術解決了系統(tǒng)的非線性如摩擦，但也容易產(chǎn)生同樣的缺點（Liu & Alleyne, 1999年） 。反饋線性化，實現(xiàn)了非線性系統(tǒng)轉化為一個等價的線性系統(tǒng)有效地抵消閉環(huán)系統(tǒng)中的非線性計算，并提出了一種解決非線性系統(tǒng)的方法，同時也允許使用動力線性控制設計技術來研究瞬態(tài)響應要求和舵機的局限性。使用反饋線性控制電液伺服液壓系統(tǒng)已被描述在Chiriboga et al. (1995) and Jovanovic (2002) 、Br?cker and Lemmen ( 2001 ）的書里，為跟蹤控制的液壓柔性機器人而進行的抗擾被認為是利用解耦技術類似的反饋線性化方法提出了此處。但是，這種方法需要測量干擾勢力及其衍變的時間，在實際應用中這是不太可能的。與上述提到的都是以全狀態(tài)反饋為基礎的做法相比，Sun and Chiu（ 1999 ）提出了設計一個基于觀測器的算法，專門為部隊控制的一個電液伺服液壓系統(tǒng)。一個采用迭代的方法設計的自適應控制器來更新控制參數(shù)并解決由于較小廠房和擾動知識造成的摩擦影響在這里被提出Tar, Rudas, Szeghegyi, and Kozlowski (2005)模型的基礎上，在Br?cker and Lemmen (2001) 描述了。
大部分的文獻就此有著相仿的記錄，與實際的試驗結果Liu and Alleyne (1999), Niksefat and Sepehri (1999), Sugiyama and Uchida (2004) 表現(xiàn)出的明顯的例外 。本研究的重點是介紹一種全面的控制器設計方法，也就是涵蓋位移、速度和壓差控制的設計，它提出非線性在電液伺服液壓系統(tǒng)中的弊端并探討像瞬態(tài)響應和實時實現(xiàn)這樣的實際性問題。因此，文中重要的部分是關于實驗方面的研究。此外，這篇文章可以作為一個明確的指導，幫助其制定和實施反饋線性化控制器在電液伺服液壓系統(tǒng)中的應用。
本文的組織結構如下：第2節(jié)提出了旋轉液壓傳動是用來作為實驗測試平臺。在這一節(jié)中，該系統(tǒng)的數(shù)學建模，還審查和審定了實驗數(shù)據(jù)。第3節(jié)描述設計PID控制器通過模仿和實驗結果對反饋線性控制器的基線業(yè)績進行考核;第4節(jié)描述了設計和實施反饋線性控制器，結束語提供在第5節(jié)。
2 建模
系統(tǒng)說明
這項研究的電液伺服系統(tǒng)是一種旋轉液壓傳動技術在LITP（實驗室Intégration萬德科技生產(chǎn)）的大學學院魁北克比涅技術高等學校（éTS ） 。此設立是通用，并允許簡單的延伸結果應用于其他電動液壓系統(tǒng)，例如雙作用氣缸。 談到部分函數(shù)功能圖，如圖 1 ，直流電動機驅動泵，泵提供了石油在恒定的應壓力下，從油箱到系統(tǒng)的每個部分。石油是用于運轉該液壓致動器并通過大氣壓力經(jīng)由伺服閥回到油箱。一個蓄能器和一個減壓閥是通過泵的輸出量來維持一個穩(wěn)定的供應壓力。電液伺服系統(tǒng)包括兩穆格系列73伺服閥來控制運動的旋轉致動器和系統(tǒng)負載轉矩。這些伺服閥操作，由歐泊-逆轉錄實時數(shù)字控制系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓信號所驅動。
圖。 1 。功能圖的電液控制系統(tǒng)
致動器和負載都和液壓馬達相連，由一個共同的軸、一個伺服閥調節(jié)動器流體流量和調節(jié)其他流量負載。動運行在一個封閉的回路，而負荷運行在開環(huán)中，與負載轉矩成正比并控制伺服閥電壓負荷，盡管動器和負載在此項研究中是一種旋轉驅動器，同樣的設立可用于直線驅動器和負載，因此，它們派代表作為通用組件圖。 1 。測試包括3個傳感器，兩個努肖克系列200個壓力傳感器，以0-10 V輸出相應的一定范圍內的20.7兆帕斯卡（ 3000 PSI ），可以測量這兩個商會旋轉驅動的壓力，而且是一個測速儀測量角速度的驅動器。為了減少傳感器的個數(shù)（一種常見商業(yè)應用程序） ，用于進行數(shù)控整合角速度測量的角位移得到應用。
圖 2 顯示該套系統(tǒng)的布局和蛋白石逆轉錄實驗室數(shù)字化控制系統(tǒng)。
圖 2 布局litp試驗臺。
該逆轉錄實驗室系統(tǒng)包括一個實時目標和PC主機。實時目標按照了一個專門的商業(yè)實時操作系統(tǒng)（ QNX的） ，采用模擬到數(shù)字（模擬/數(shù)字）轉換板來讀取傳感器信號來產(chǎn)生輸出電壓信號，伺服閥采用數(shù)字至模擬（ D /I）轉換顯示板。主機PC ，是用來產(chǎn)生代碼，利用Matlab / Simulink和蛋白石逆轉錄的逆轉錄實驗室軟件，并監(jiān)測系統(tǒng)?？刂茀?shù)，還可以調整來自RT-LAB的on-the-fly。
3 結論
這項研究的目標是探討非線性動力學的輪訓液壓傳動技術，研究這些如何動態(tài)產(chǎn)生PID控制器性能的局限性，以及設計和使用適合于位移、速度和壓力控制的伺服控制器。反饋線性理論被引入作為一種非線性控制技術，在這項研究中實現(xiàn)這一目標，而且設計使用這種方法的控制器在實驗測試中惡道了很好的利用。
從這些測試中可以看出液壓系統(tǒng)有非線性特性，反饋線性理論提供了強有力的控制策略，這顯然提高了對PID應用在跟蹤精度和瞬態(tài)響應方面的控制。研究結果表明該系統(tǒng)可以以足夠被模仿，從而有效地應用于控制器。
這項研究僅限于控制輪訓液壓傳動。應用反饋線性理論來控制更復雜的綜合旋轉運動和線性驅動器，以及如摩擦等方面的影響，可被視為未來擴展這方面工作的方向。