本發(fā)明主要涉及控制相關，具體是一種直驅式電靜液作動器改進位置控制方法。

背景技術：

1、常規(guī)的電靜液作動器通過控制旋轉電機驅動斜盤式柱塞泵輸出的壓力和流量，實現(xiàn)對液壓作動筒的位移控制，而直驅式電靜液作動器通過旋轉電機直接驅動雙向齒輪泵輸出壓力與流量，沒有機械運動轉換機構，具有結構簡單、響應快等優(yōu)勢。因此，直驅式電靜液作動器便成為當前重要研究熱點。近年來，國內(nèi)外學者針對電靜液作動器的高精度位置控制問題做了相關研究。

2、直驅式電靜液作動器系統(tǒng)是典型的不確定非線性系統(tǒng)，具有許多非線性特性和模型不確定性。目前，為了解決由于瞬態(tài)參數(shù)時變和非線性因素引起的問題，國內(nèi)外研究人員主要采用滑模控制、自適應控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制以及反步控制等?；？刂齐m然對參數(shù)變化具有良好的魯棒性，但在實際應用中常會出現(xiàn)抖振現(xiàn)象，這影響了控制精度和系統(tǒng)的平滑性。此外，滑模控制器需要對系統(tǒng)進行精確建模，且在高頻抖振現(xiàn)象處理方面較為困難。自適應控制能夠處理系統(tǒng)參數(shù)變化，但在面對系統(tǒng)動態(tài)復雜和未建模擾動時，其性能可能受到限制。神經(jīng)網(wǎng)絡控制方法依賴于大量的數(shù)據(jù)訓練，且網(wǎng)絡結構設計復雜。雖然具有較強的自學習能力，但在處理非線性特性時可能需要較長的訓練時間。

3、反步控制具有較強的魯棒性和適應能力，將反步控制與自適應控制相結合，能夠有效處理復雜的非線性系統(tǒng)。工業(yè)領域要求電靜液作動器具有快速響應且穩(wěn)定的能力，然而受限于直驅式電靜液作動器位置控制過程中的系統(tǒng)參數(shù)不確定性問題，反步控制在直驅式電靜液作動器位置控制中仍需進一步改進。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決目前技術的不足，本發(fā)明結合現(xiàn)有技術，從實際應用出發(fā)，提供一種直驅式電靜液作動器改進位置控制方法，將反步控制與自適應控制相結合，能夠有效處理復雜的非線性系統(tǒng)，應對模型不確定性和參數(shù)變化，通過自適應機制動態(tài)調(diào)整控制策略，提高系統(tǒng)的魯棒性，在自適應反步控制中，使用障礙lyapunov函數(shù)結合，引入約束邊界，可以保證系統(tǒng)的輸出約束性能。

2、本發(fā)明的技術方案如下：

3、一種直驅式電靜液作動器改進位置控制方法，直驅式電靜液作動器系統(tǒng)的動力單元為永磁同步電機，液壓泵為齒輪泵，控制方法包括如下步驟：

4、s1、基于直驅式電靜液作動器系統(tǒng)的非線性特性，建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，并簡化為嚴格的反饋形式；

5、s2、基于建立的系統(tǒng)狀態(tài)空間模型設計結合障礙李雅普諾夫函數(shù)的反步控制器，引入約束邊界，得到控制器實際控制率的表達式；

6、s3、基于反步控制器建立不確定參數(shù)的自適應率來實時在線調(diào)節(jié)參數(shù)擾動。

7、進一步，步驟s1中，建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型包括步驟如下：

8、基于直驅式電靜液作動器位置伺服開環(huán)傳遞函數(shù)，結合直驅式電靜液作動器位置控制系統(tǒng)狀態(tài)向量得到系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型表達式。

9、進一步，直驅式電靜液作動器位置伺服開環(huán)傳遞函數(shù)表達式如下：

10、，

11、直驅式電靜液作動器位置控制系統(tǒng)狀態(tài)向量表達式如下：

12、，

13、系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型表達式如下：

14、，

15、其中，、、為控制變量，為粘性阻尼系數(shù)，為拉普拉斯變換，為控制器控制率，為液壓缸的活塞有效作用面積；為液壓缸活塞桿的位移；為液壓缸總泄露系數(shù)；為液壓缸總壓縮容積；為液壓油有效體積彈性模量；為活塞桿與其固連部分的負載總質(zhì)量；為負載彈簧剛度；為外部干擾力，為齒輪泵額定排量；為齒輪泵角速度；為齒輪泵泄露系數(shù)；為負載壓力，為負載干擾且，，，，。

16、進一步，步驟s2中，反步控制器建立方式如下：

17、定義直驅式電靜液作動器系統(tǒng)的狀態(tài)跟蹤誤差向量如下：

18、，

19、式中，為系統(tǒng)輸出位移跟蹤誤差，，為系統(tǒng)定義的狀態(tài)誤差；為系統(tǒng)跟蹤誤差限定且；為系統(tǒng)位移的期望值；和為控制器設計的兩個虛擬控制量；

20、選取障礙lyapunov函數(shù)：

21、，

22、取虛擬控制量為：

23、，

24、上式中，為正實數(shù)；

25、對障礙lyapunov函數(shù)進行求導可得：

26、，

27、對進行時間求導：

28、，

29、由于并非受約束項，選擇二次型?lyapunov函數(shù)：

30、，

31、取虛擬控制量為：

32、，

33、對二次型?lyapunov函數(shù)進行求導可得：

34、，

35、定義參數(shù)誤差，其中為參數(shù)得估計值（），對誤差進行求導，可以表示為：

36、，

37、定義第三個候補lyapunov函數(shù)：

38、，

39、上式中，、、均為正實數(shù)；

40、對式第三個候補lyapunov函數(shù)進行求導可得：

41、，

42、上式中，為正實數(shù)；

43、根據(jù)上述公式推導出實際控制變量：

44、，

45、上式中，為正實數(shù)，為擾動估計且。

46、進一步，步驟s3中，不確定參數(shù)自適應率表達式如下：

47、。

48、進一步，控制方法還包括：步驟s4、運用李雅普諾夫函數(shù)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

49、進一步，步驟s4具體包括：

50、定義?lyapunov?函數(shù)為：

51、，

52、得到其對時間的導數(shù)為：

53、，

54、上式可重寫為：

55、。

56、當取步驟s3的參數(shù)自適應率時：

57、。

58、滿足lyapunov穩(wěn)定性條件，控制和在平衡點穩(wěn)定，當狀態(tài)誤差漸進收斂到0的同時，系統(tǒng)輸出誤差也漸進收斂到0，確保直驅式電靜液作動器系統(tǒng)最終輸出位置誤差逐漸收斂為?0?。

59、本發(fā)明的有益效果：

60、本發(fā)明的直驅式電靜液作動器改進位置控制方法，為解決直驅式電靜液作動器位置控制過程中的系統(tǒng)參數(shù)不確定性問題，提出了一種基于障礙lyapunov函數(shù)的非線性自適應反步控制方法，首先考慮直驅電靜液作動器系統(tǒng)的非線性特性，建立了系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，并合理簡化為嚴格的反饋形式；其次將障礙lyapunov函數(shù)與反步控制器結合，引入約束邊界，保證系統(tǒng)的輸出約束性能，最后，通過建立不確定參數(shù)的自適應率來實時在線調(diào)節(jié)參數(shù)擾動并且進行穩(wěn)定性分析；

61、實踐證明本發(fā)明所設計的自適應反步控制器自適應律實時更新系統(tǒng)參數(shù)，其性能顯著優(yōu)于直接反步控制器和傳統(tǒng)pi控制器，能夠顯著提高系統(tǒng)的跟蹤精度。

技術特征：

1.一種直驅式電靜液作動器改進位置控制方法，直驅式電靜液作動器系統(tǒng)的動力單元為永磁同步電機，液壓泵為齒輪泵，其特征在于，控制方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的直驅式電靜液作動器改進位置控制方法，其特征在于，步驟s1中，建立系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型包括步驟如下：

3.根據(jù)權利要求2所述的直驅式電靜液作動器改進位置控制方法，其特征在于，直驅式電靜液作動器位置伺服開環(huán)傳遞函數(shù)表達式如下：

4.根據(jù)權利要求3所述的直驅式電靜液作動器改進位置控制方法，其特征在于，步驟s2中，反步控制器建立方式如下：

5.根據(jù)權利要求4所述的直驅式電靜液作動器改進位置控制方法，其特征在于，步驟s3中，不確定參數(shù)自適應率表達式如下：

6.根據(jù)權利要求5所述的直驅式電靜液作動器改進位置控制方法，其特征在于，控制方法還包括：步驟s4、運用李雅普諾夫函數(shù)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

7.根據(jù)權利要求6所述的直驅式電靜液作動器改進位置控制方法，其特征在于，步驟s4具體包括：

技術總結
本發(fā)明提供一種直驅式電靜液作動器改進位置控制方法，屬于控制領域。方法包括：首先考慮直驅電靜液作動器系統(tǒng)的非線性特性，建立了系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，并合理簡化為嚴格的反饋形式，直驅式電靜液作動器系統(tǒng)的動力單元為永磁同步電機，液壓泵為齒輪泵。其次將障礙Lyapunov函數(shù)與反步控制器結合，引入約束邊界，保證系統(tǒng)的輸出約束性能。最后，通過建立不確定參數(shù)的自適應率來實時在線調(diào)節(jié)參數(shù)擾動并且進行穩(wěn)定性分析。本發(fā)明可以解決直驅式電靜液作動器位置控制過程中的系統(tǒng)參數(shù)不確定性問題解決，提高直驅式電靜液作動器控制系統(tǒng)的控制精度和魯棒性。

技術研發(fā)人員：王磊,韋青坤,陶文明,陳英圖·阮,李焱,譚草
受保護的技術使用者：舜泰汽車有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2