200MN双缸油压机同步控制系统的设计

第30卷第6期兰　州　理　工　大　学　学　报Vol.30No.6

2004年12月JournalofLanzhouUniversityofTechnologyDec.2004

　　文章编号:100025889(2004)0620055204

200MN双缸油压机同步控制系统的设计

杨逢瑜,陈建有,于振燕,赵晓燕

(兰州理工大学流体动力与控制学院,甘肃兰州　730050)

摘要:采用多输入2多输出(MIMO)鲁棒控制技术,2单输出(SISO),.关键词:油压机;鲁棒控制;同步控制;扰动观测器中图分类号:TH137　　文献标识码:A

controlsystemfor200MN

hydraulicpresswithtwocylinders

YANGFeng2yu,CHENJian2you,YUZhen2yan,ZHAOXiao2yan

(CollegeofFluidPowerandControl,LanzhouUniv.ofTech.,Lanzhou　730050,China)

Abstract:Usingmultipleinputmultipleoutput(MIMO)robustcontroltechnique,anouter2loopsynchronous

controllerandanonlinearsingleinputsingleoutput(SISO)controllerwithpressureperturbationobserverarede2signedforeachofthepresscylindersastheinner2loopcontrollertohandlethecontrollingproblemofelectro2hy2draulicsynchronization.

Keywords:hydraulicpress;robustcontrol;synchronizationcontrol;perturbationobserver

　　由于负载的不稳定性和两个液压回路中组件的内在差异,使两液压缸的同步运动非常重要.尤其开

环系统不稳定的情况下,双缸移动距离的差异将不断增加,最后将导致框架的联接处被拉裂.传统的解决方法是设计一个分流保持回路,使油液以相同的流速流入来保证两液压缸的同步运动.另一个方法是机械联接,其缺点是这个附加系统的结构复杂,操作范围受到限制.相比纯液压和机械的方法电液同步是一种更为灵活的策略,用电液同步控制能适应大功率负载工况,同时还能处理系统不确定的外在干扰因素.分析研究表明:要成功解决不均衡负载液压缸的同步问题,必须对每一个液压缸单独控制[1].本文将研究连杆连接的液压缸的同步特性,其负载未定,两个液压缸分别由两个伺服阀控制.

本文提出的改进设计是应用两步非线性同步控制来解决同步运动问题.在利用线性MIMO鲁棒控制技术设计一个外环同步控制器的基础上,设计了内环观测器,即为每一个液压缸设计一个非线性单输入2单输出扰动观测器.

收稿日期:2003211221　　作者简介:杨逢瑜(19482),男,甘肃临夏人,教授.

1　建立模型

双缸油压机系统的原理图如图1所示[2],由此

可得平衡方程:

f1+f2-mg=m¨xp

(1)

-f1L1+f2L2=Jθ式中:fi为作用在油缸i(i=1,2)上的阻力,Li为力矩臂,m为负载的质量,xp为负载重心的位移,J为负载的转动惯量

,θ为负载的转角.

图1　系统原理图

Fig.1　Schematicdiagramofsystem

　　油缸的运动方程为

piAi-fi-mig-Ffi-Bpi xi=mi¨xi

(2)

式中:pi为油缸缸内压力,Ai为活塞的有效面积,

200MN双缸油压机同步控制系统的设计

　5　　　　　　　　　　　　　　　　　　兰州理工大学学报　　　　　　　　　　　　　　　第30卷 6

mi为活塞质量,Ffi为静摩擦力,Bpi为粘性摩擦系

数.各油缸的压力动力学方程[3]为 pi=

Vi(xi)

Kq,iui

2

+sgn(ui)

性系统设计一个扰动观测器的原理类似于一个线性

的时变系统的设计[3].扰动观测器和非线性状态反馈控制的方框图如图2所示.

2

-fpi

-

(A (3)x)　ii

式中:β为流体体积弹性模量,Vi为从油缸流出的总流体容积,ps为系统压力,Kq,i为流量系数值,ui为控制输入.

设两油缸之间的距离比活塞位移大得多,即θ非常小(θν1),所以θ≈tanθ=(x2)/L.据xp=(L1/L)x1+(2

,L=LL2

),:

x=[x1

2 x1

2p1　p2]T=[xi]T

图2　2　ance

y(,)+g(y,x)u

,x为可测输入量.

设一阶非线性系统的标准模型为

y=f0(y,x)+g0(y,x)u则原系统的标准模型描述为 y=f0(y,x)+g0(y,x)u+d式中:d包括了不确定模型和其它扰动,其值为

(5)

式中:i=1,2,4,5,6,输入向量u=[u1,u2]T.

系统的状态空间描述为[4]

x1x2x3x=

x1

00

I

2×2

-1

Bx2x3xM

+

M-1

1d=f(y,x)-f0(y,x)+(g(y,x)-g0(y,x))u

(6)

　　一阶非线性系统扰动观测器的式(5)描述为

^d=kp(^y-y)+ki(^y-y)dt

(4)

β x5=h1(x)+φu11(x)Kq,1β x6=h2(x)+φu22(x)Kq,2

其中

c1c3

c2cm1+

mL22

L

2

∫

(7)

式中:^d为估计扰动,kp和ki为观测器的设计参数,^y为系统估计输出,其值为

JmLLJ

Lm2+

2

^y=f0(y,x)+g0(y,x)u+^d(8)

M==

mLLJ

LA1x3A2x4mL2JL

2

　　设 d=d-^d为估计扰动误差,对式(7)两边进行微分,并代入式(8),可得估计扰动和实际扰动之间的关系式:

^d=2d

s+kps+ki

2

h1(x)=-h2(x)=-

V1(x1)

(9)

V2(x2)

从而可得:

d=1-2d=

s+kps+ki

ks+kd=Q(s)d

s+kps+ki

2

2

φ1(x)=φ2(x)=

V1(x1)

2

+sgn(u1)+sgn(u2)

2

-fx5-fx6

V2(x2)

(10)

22

则作用在油缸上的合力为

1=

A1x5-F

f1-R1A2x6-Ff2-R2

式中:R1=m1g+(L2/L)mg,R2=m2g+(L1/L)

mg.若没有负载,即当m=0时,耦合系数c2和c3

将为0.

　　要将扰动观测器加入控制器的设计,需考虑一

阶系统跟踪控制的不确定边界da,即

y=f(y,x)+g(y,x)kqu+da(y,x)(11)　　设yd为期望轨迹,对Πt,都满足| yd(t)|<∞.其目的就是要减小跟踪误差z=y-yd,其标准模型可描述为…… 此处隐藏：3944字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……