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基于迭代学习的电液位置伺服系统控制的研究

柯丹  
【摘要】: 电液位置伺服系统具有时变、严重非线性、结构不确定和负载干扰较大等特性,这使得传统的PID控制难以满足高精度控制的要求。当前控制主要策略是把高阶非线性系统降阶并线性化,然后设计低阶线性系统控制器。该方法在实际应用中表现出失真度大、精度低、响应速度慢等缺点,已经不能适应该系统逐步向快速、大功率、高精度、强响应、宽频带的发展趋势。针对这种情况,本文在直接研究高阶非线性系统的基础上,设计了合理的电液位置伺服系统控制器。 迭代学习控制不需要精确的数学模型,并且算法简单,在解决系统的高阶非线性问题有独到之处。在理论上,它能实现控制对象完全跟踪期望轨迹,适用于具有重复运动性质的系统;能直接在时域内对系统进行研究;在系统发生微变或出现干扰,它所改变的是系统的参考输入量,并不改变算法本身的参数等等。基于迭代学习基本原理,设计合理的控制器,是本文研究的核心问题。 在查阅大量文献资料的基础上,文中建立了电液位置伺服系统的数学模型,推导出它的传递函数;分析了系统的稳定性、时域特性和频域特性;讨论电液位置伺服系统中的非线性问题和参数的时变性。另外,推导了迭代学习收敛条件,在液压软件AMESim中,通过它与Matlab的接口,搭建了电液位置伺服系统实物仿真模型。在Matlab环境中搭建了迭代学习控制器的仿真模型;根据迭代学习闭环和开闭环基本结构,在系统输入分别为阶跃、正弦和脉冲信号下进行了仿真研究。结果表明,开闭环结构的控制器基本能完全跟踪期望轨迹,并且有较快的响应速度;而且,当跟踪轨迹发生改变时,该控制器虽然需要重新学习,但它的参数不需要重新设置,在迭代一定次数的情况下,仍然能跟踪期望轨迹。即只要控制对象不改变,跟踪轨迹发生改变时,不需要重新设计控制器。


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