【摘 要】
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饱和非线性在实际控制系统十分常见,实际系统中如果存在大的负载扰动或者不确定性,便极易导致执行器饱和,从而造成系统性能下降,甚至发生不稳定。电液伺服系统因其响应迅速、
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饱和非线性在实际控制系统十分常见,实际系统中如果存在大的负载扰动或者不确定性,便极易导致执行器饱和,从而造成系统性能下降,甚至发生不稳定。电液伺服系统因其响应迅速、大功率等优点被广泛应用,但是其存在的非常典型的问题就是执行器饱和。因此对于输入受限系统的研究是非常有意义的。本文中,提出了一种电液伺服系统(EHS)的线性模型恢复抗饱和补偿控制器方法。由于未知的外部负载扰动和EHS模型中存在的一些液压参数不确定性,可能会出现伺服阀控制饱和,这将降低EHS的动态性能和稳定裕度。因此,加入到控制系统中的模型恢复抗饱和(MRAW)补偿器被设计来抑制执行器饱和。首先忽略系统中存在的饱和非线性,按照给定的性能指标设计无约束的系统的控制器,然后以执行机构在无约束与加入饱和非线性情况下的输入信号的偏差作为输入,设计一个抗饱和补偿器,并将抗饱和补偿器的输出分别用来调节控制器的输入及输出信号,以此减弱饱和对系统性能的影响,使饱和系统的动态响应性能尽可能的恢复到无约束的状态。本文的主要工作及研究成果如下:1.研究了无约束控制系统及受约束控制系统的原理、执行器饱和及稳定性问题,然后对电液伺服系统进行研究分析,建立了电液伺服系统的数学模型。2.其次,通过框图、传递函数及状态空间形式描述了MRAW基本结构,分析了确保全局/局部稳定性和性能的基于LMI的MRAW补偿器参数配置的综合方法。然后设计了无约束系统的控制器,在此基础上,设计了模型恢复抗饱和补偿控制器系统,在深入研究饱和系统闭环稳定性和抗饱和性能的基础上,将抗饱和补偿器的状态与抗饱和补偿器的输出的2L范数作为优化性能指标,并兼顾了闭环系统的稳定性。这样,抗饱和控制器设计方法转化为寻找基于LMI的最优解的问题。3.将所设计的抗饱和补偿器系统与其他多个控制器系统进行对比仿真实验,验证所设计的模型恢复抗饱和补偿器的效果。通过与无约束、有约束及使用其他抗饱和方法的控制系统的仿真对比实验,证明了所提出的模型恢复抗饱和补偿器的抗饱和效果,验证了所提出的抗饱和补偿控制器系统可以在存在未知负载扰动和模型不确定性等情况下实现更好的动态性能。
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