【摘 要】
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针对被驱动对象大功率高压气体流量阀具有工作压力高、输出功率大、阀芯动作响应快与精度高等特点与需求,研制了以高压电-气伺服阀为控制元件、双作用气缸为执行机构的高压电-气位置伺服系统。然而高压空气具有压缩性与膨胀性强、粘性小等特点,气体的高压化导致伺服阀气动力干扰加剧、高压电-气位置伺服系统负载力增加等,造成伺服阀与伺服系统的动态响应与控制精度变差,使得高压电-气位置伺服系统的高响应高精度控制难度增大
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针对被驱动对象大功率高压气体流量阀具有工作压力高、输出功率大、阀芯动作响应快与精度高等特点与需求,研制了以高压电-气伺服阀为控制元件、双作用气缸为执行机构的高压电-气位置伺服系统。然而高压空气具有压缩性与膨胀性强、粘性小等特点,气体的高压化导致伺服阀气动力干扰加剧、高压电-气位置伺服系统负载力增加等,造成伺服阀与伺服系统的动态响应与控制精度变差,使得高压电-气位置伺服系统的高响应高精度控制难度增大。因此,本文在对高压电-气伺服阀进行了气动力干扰补偿控制的基础上,对高压电-气位置伺服系统开展了自抗扰控制研究,以获得更好的动静态性能和抗干扰能力。主要研究内容为:1)完成了高压电-气位置伺服系统的原理设计与样机研制。提出了高压电-气位置伺服系统的工作原理并搭建了数学模型,通过仿真得到了不同参数对系统性能的影响规律,确定了关键参数。完成了系统的结构设计与样机研制,各项指标均满足要求。2)针对高压电-气伺服阀的阀芯位置控制受气动力影响而呈现较强的非线性等问题,开展了自抗扰控制研究。基于伺服阀的数学模型设计了线性自抗扰控制器（ADRC）,并对线性扩张状态观测器在不同观测器带宽下的观测能力进行了频域分析。求解了PID、ADRC、带模型信息的ADRC（简称带模型ADRC）控制下的高压电-气伺服阀的闭环传递函数,从时域和频域上证明了带模型ADRC具有最好的抗干扰能力,给出了基于带模型ADRC的闭环系统稳定条件下系统参数的变化范围。使用了带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）,对带模型ADRC进行了参数整定。最后通过仿真和实验证明了带模型ADRC控制下的阀芯位移具有良好的动静态性能和优秀的抗干扰能力。3)完成了高压电-气位置伺服系统的控制性能研究。求解了线性化后的高压电-气位置伺服系统的开环传递函数模型,提出了以非线性ADRC和线性ADRC分别控制高压电-气位置伺服系统的外环与内环的两级ADRC控制策略,并设计了三阶非线性ADRC控制器。仿真结果显示,两级ADRC控制相较于两级PID控制具有更好的动静态性能、在不同的干扰下有着更小的位置偏移量和更短的恢复时间,表明了两级ADRC控制显著提升了高压电-气位置伺服系统的控制性能和抗干扰能力。
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