雙泵分腔調(diào)控電液負(fù)載模擬系統(tǒng)復(fù)合滑?？刂?/h1>

2024-05-07 09:12:24張俊琪汪成文趙二輝

機(jī)床與液壓訂閱 2024年6期 收藏

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)

張俊琪，汪成文，2，趙二輝

(1.太原理工大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院，山西太原 030024；2.太原理工大學(xué)新型傳感器與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原 030024)

0 前言

電液負(fù)載模擬器是一款半實(shí)物仿真裝置，它能夠模擬舵機(jī)在現(xiàn)場條件中所承受的載荷，從而能檢測舵機(jī)中的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的性能，為舵機(jī)的運(yùn)行提供科學(xué)的參考根據(jù)，它主要起節(jié)約成本、降低實(shí)物實(shí)驗(yàn)中風(fēng)險(xiǎn)以及縮短研發(fā)周期的作用[1-3]。但只有實(shí)現(xiàn)高精度加載，電液負(fù)載模擬器才能具有以上作用，這樣的半實(shí)物仿真裝置數(shù)據(jù)才是有意義的。然而，電液負(fù)載模擬器的加載精度主要受舵機(jī)運(yùn)動(dòng)以及加載作動(dòng)器摩擦力等干擾所影響。為提升電液負(fù)載模擬器的加載精度，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了深入的研究。

李閣強(qiáng)等[4]提出了一種新的加載執(zhí)行元件設(shè)計(jì)方案，采用復(fù)式雙層結(jié)構(gòu)，其中外層結(jié)構(gòu)用于跟蹤舵機(jī)，從根本上解決了舵機(jī)運(yùn)動(dòng)的干擾問題。劉曉琳等[5]設(shè)計(jì)了一種復(fù)合式緩沖液壓缸結(jié)構(gòu)，能夠緩解舵機(jī)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)造成的強(qiáng)迫流量，以及有效地抑制舵機(jī)運(yùn)動(dòng)干擾。LI等[6]提出了一種新的控制方案，該方案采用流量伺服閥和壓力伺服閥并發(fā)控制電液負(fù)載模擬器，其中流量伺服閥對舵機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的強(qiáng)迫流量進(jìn)行補(bǔ)償，能夠有效地降低舵機(jī)運(yùn)動(dòng)帶來的干擾，提高了電液負(fù)載模擬器的加載精度。

JIAO等[7]對采用結(jié)構(gòu)不變形原理的電液負(fù)載模擬系統(tǒng)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)該方法具有不足之處，因此提出了一種新的方法，即采用舵機(jī)伺服閥的控制信號作為前饋補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)速度同步控制，以達(dá)到更好的控制效果，使它具備相當(dāng)好的消擾能力和魯棒性。焦宗夏、華清[8]旨在解決傳統(tǒng)控制器魯棒性差、參數(shù)調(diào)節(jié)復(fù)雜和舵機(jī)運(yùn)動(dòng)干擾的問題，設(shè)計(jì)了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償器相結(jié)合，能夠有效地提高電液負(fù)載模擬器跟蹤精度，并且使系統(tǒng)具有較好的魯棒性。WANG等[9]提出了一種自適應(yīng)反步控制器，不僅考慮了抑制舵機(jī)運(yùn)動(dòng)擾動(dòng)，而且還考慮了電液負(fù)載模擬系統(tǒng)中的非線性特性和參數(shù)不確定性，提升了負(fù)載模擬精度。JING等[10]提出一種新的魯棒控制方法，該方法采用奇異擾動(dòng)理論，實(shí)現(xiàn)了電液負(fù)載模擬系統(tǒng)的高精度和強(qiáng)魯棒性。KANG等[11]針對電液負(fù)載模擬系統(tǒng)的非線性摩擦和不確定干擾，提出一種基于精確系統(tǒng)模型的有限時(shí)間自適應(yīng)滑?？刂品椒?，提高了加載力的精度和系統(tǒng)的響應(yīng)速度。何龍飛等[12]提出了一種基于雙冪次趨近律的變增益滑?？刂?，可以有效地降低滑模控制器中抖振問題，從而提高了電液負(fù)載模擬器的跟蹤精度和系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

滑模變結(jié)構(gòu)控制對參數(shù)攝動(dòng)和外部干擾不靈敏，使系統(tǒng)具有良好的魯棒性，但這是通過控制量的高頻抖動(dòng)換來的，而這種抖振會影響系統(tǒng)的跟蹤精度，所以研究如何消除抖振是滑模變結(jié)構(gòu)控制中一大重點(diǎn)，而模糊控制與滑?？刂葡嘟Y(jié)合就是其中一種方法[13]。YANG等[14]為了保證四自由度機(jī)器人穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，提出基于遞推神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊滑?？刂?，其中采用模糊邏輯系統(tǒng)作為傳統(tǒng)滑?？刂频那袚Q項(xiàng)，用來降低系統(tǒng)的抖振。SUI 和ZHAO[15]采用自適應(yīng)模糊滑模控制對光電平臺的未知部分進(jìn)行了估計(jì)，并有效地降低了系統(tǒng)的抖振。

從電液負(fù)載模擬系統(tǒng)構(gòu)成的角度來看，目前大多數(shù)電液負(fù)載模擬器是基于伺服閥工作的。而閥控系統(tǒng)存在節(jié)流損耗大、能量效率低等問題[16]。單液壓泵控系統(tǒng)雖然可以提高能量效率、降低系統(tǒng)的能耗，但系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性不如閥控系統(tǒng)。針對以上問題，權(quán)龍等人[17-18]提出了雙泵分腔調(diào)控電液位置驅(qū)動(dòng)方案，并為此設(shè)計(jì)了雙變轉(zhuǎn)速泵的總壓力控制策略，以提升系統(tǒng)的剛度和動(dòng)態(tài)性能。

本文作者提出雙泵分腔協(xié)調(diào)控制電液負(fù)載的模擬方案，該方案的思路來源于雙泵分腔調(diào)控電液位置驅(qū)動(dòng)液壓缸。圍繞該方案建立新型電液負(fù)載模擬系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、分析系統(tǒng)特性，并采用滑?？刂萍夹g(shù)設(shè)計(jì)高性能負(fù)載模擬控制器。此外，本文作者還提出一種基于模糊趨近律的等效滑?？刂?，以解決傳統(tǒng)滑?？刂浦械亩墩袼鸬母櫺Ч缓玫膯栴}，并采用李雅普諾夫穩(wěn)定性分析方法討論算法的穩(wěn)定性。最后通過MATLAB/Simulink和AMESim聯(lián)合仿真手段，驗(yàn)證所提方案和算法的可行性和有效性。

1 系統(tǒng)描述

1.1 雙泵分腔調(diào)控電液負(fù)載模擬原理

雙泵分腔調(diào)控電液負(fù)載模擬系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。雙泵分腔調(diào)控電液負(fù)載模擬系統(tǒng)通過2個(gè)獨(dú)立的伺服電機(jī)控制2個(gè)定量泵的轉(zhuǎn)速，以此來控制液壓缸兩腔的壓力和流量。

圖1 雙泵分腔調(diào)控電液負(fù)載模擬系統(tǒng)構(gòu)成

1.2 雙泵分腔調(diào)控電液負(fù)載模擬系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)模型的建立基于如下假設(shè)：

(1)定量泵與加載液壓缸之間的連接管道具有對稱性，其管道短而粗，因此能夠忽略管道中的壓力損失和管道動(dòng)態(tài)；

(2)加載液壓缸中每個(gè)工作腔內(nèi)各處壓力相等，且加載液壓缸的內(nèi)泄漏為層流流動(dòng)；

(3)油溫和油液體積彈性模量為常數(shù)，加載液壓缸只有內(nèi)泄漏，而沒有外泄漏；

(4)伺服電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性遠(yuǎn)高于液壓動(dòng)力元件(文中為泵控液壓缸)的動(dòng)態(tài)特性，可將伺服電機(jī)的動(dòng)態(tài)簡化成比例環(huán)節(jié)。

由以上假設(shè)，則得伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速為

n1=Kau1

(1)

n2=Kau2

(2)

式中：n1、n2分別為伺服電機(jī)1、2的轉(zhuǎn)速；Ka為伺服電機(jī)的速度增益；u1、u2分別為伺服電機(jī)1、2的控制輸入電壓。

變轉(zhuǎn)速定量泵的流量方程為

(3)

(4)

式中：Q1、Q2分別為流過加載液壓缸左、右腔的流量；Dp1、Dp2分別為定量泵1、2的排量；xp為加載液壓缸活塞的位移；Cp1、Cp2為定量泵1、2的泄漏系數(shù)；p1、p2分別為加載液壓缸左、右腔的壓力。

加載液壓缸兩腔流量連續(xù)性方程為

(5)

(6)

式中：Ap為加載液壓缸活塞的有效面積；Cip為加載液壓缸的內(nèi)泄漏系數(shù)；βe為油液體積彈性模量；V1為加載液壓缸左腔的容積；V2為加載液壓缸右腔的容積，且V1=V2=Vt/2，Vt為加載液壓缸總?cè)莘e。

加載液壓缸的力平衡方程為

(7)

式中：m為加載液壓缸活塞和舵機(jī)液壓缸活塞折算到活塞桿上的總質(zhì)量；Bp為加載液壓缸黏性阻尼系數(shù)；F為加載力；fF為未建模的摩擦力。

加載力的表達(dá)式為

F=K(xp-xR)

(8)

式中：K為力傳感器的彈簧剛度；xR為舵機(jī)液壓缸活塞的位移。

sgn(x)為一個(gè)不連續(xù)的符號函數(shù)：

(9)

(10)

2 控制策略和控制器設(shè)計(jì)

控制策略和控制器設(shè)計(jì)過程基于以下假設(shè)：

(1) 參數(shù)βe、Cp1、Cp2在系統(tǒng)運(yùn)行過程中不變；

(2)加載力參考指令和舵機(jī)位移參考指令3階可導(dǎo)。

2.1 控制策略的設(shè)計(jì)

為了提高泵控系統(tǒng)特性，使雙泵分腔調(diào)控電液負(fù)載模擬系統(tǒng)能夠和閥控系統(tǒng)有類似的特性，文中借鑒閥控缸系統(tǒng)中液壓缸兩腔壓力和為定值，且在工作時(shí)兩腔壓力反向變化，產(chǎn)生壓差驅(qū)動(dòng)液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)的原理，在雙泵分腔調(diào)控電液負(fù)載模擬系統(tǒng)中采用力-總壓力復(fù)合控制策略如圖2所示。

圖2 力-總壓力復(fù)合控制策略

該策略的原理是2個(gè)變轉(zhuǎn)速定量泵的轉(zhuǎn)速信號均由1個(gè)力控制環(huán)中控制器輸出信號和1個(gè)總壓力控制環(huán)中控制器輸出信號2部分組成，2個(gè)變轉(zhuǎn)速定量泵的轉(zhuǎn)速信號為

n1=n1F+n1p

(11)

n2=n2F+n2p

(12)

式中：n1F和n2F分別為加載力指令和力傳感器信號經(jīng)過控制器后得到的變轉(zhuǎn)速定量泵1、2的轉(zhuǎn)速信號；n1p和n2p分別為總壓力指令和壓力傳感器信號經(jīng)過控制器后得到的變轉(zhuǎn)速定量泵1、2的轉(zhuǎn)速信號。

在不考慮液壓泵泄漏、加載液壓缸泄漏和油液壓縮時(shí)，結(jié)合式(3)—(6)和式(11)(12)可得：

(13)

(14)

聯(lián)立式(13)(14)可得：

(15)

由于加載液壓缸工作時(shí)，1個(gè)腔室進(jìn)油，另1個(gè)腔室出油，這會導(dǎo)致加載液壓缸2個(gè)腔室的體積朝相反方向變化，則2個(gè)變轉(zhuǎn)速定量泵的轉(zhuǎn)速始終相反，故力控制環(huán)中k1為

(16)

Dp1n1p=Cp1p1

(17)

Dp2n2p=Cp2p2

(18)

定義負(fù)載壓力為

pL=p1-p2

(19)

設(shè)置加載液壓缸兩腔的壓力和p∑為定值，則：

p∑=p1+p2

(20)

聯(lián)立式(19)(20)可解得：

(21)

(22)

將式(21)(22)代入式(17)(18)得：

(23)

(24)

聯(lián)立式(23)(24)，并將條件pL=0代入可得總壓力控制環(huán)中的k2為

(25)

由于2個(gè)變轉(zhuǎn)速定量泵的參數(shù)相同，則將式(1)(2)(16)(25)代入式(11)(12)可得：

(26)

2.2 力控制環(huán)中控制器設(shè)計(jì)

2.2.1 基于指數(shù)趨近律的等效滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)

定義加載力指令信號為x1d，則加載力跟蹤誤差e為

e=x1-x1d

(27)

針對系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程，定義滑模函數(shù)s為

(28)

式中：c1、c2必須滿足Hurwitz條件，即c1=λ2，c2=2λ，λ>0。

文中設(shè)計(jì)的滑?？刂破饔傻刃Э刂苪1eq和趨近律控制u1zs兩部分組成，即：

u1F=u1eq+u1zs

(29)

(30)

其中，干擾d為

(31)

式中：|d|≤D，D∈(0,+∞)。

當(dāng)不考慮干擾，即d=0時(shí)，則等效控制u1eq為

(32)

文中采用指數(shù)趨近律，則趨近律控制為

(33)

式中：ks1>0；ks2>0。

2.2.2 模糊控制控制律的設(shè)計(jì)

指數(shù)趨近律中的指數(shù)趨近項(xiàng)可以使系統(tǒng)狀態(tài)以較快的速度趨近于滑模動(dòng)態(tài)，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度；而指數(shù)趨近律中的等速趨近項(xiàng)能保證滑?？刂频聂敯粜?，但滑?？刂频亩墩褚彩怯傻人仝吔?xiàng)造成。因此，可采用模糊規(guī)則對等速趨近項(xiàng)進(jìn)行模糊化，降低系統(tǒng)的抖振。

基于模糊趨近律的等效滑模控制律設(shè)計(jì)如下：

(34)

通過模糊系數(shù)μ將指數(shù)趨近律中的等速趨近控制模糊化，這樣既能保證系統(tǒng)具有較高的響應(yīng)速度，又能有效地降低抖振。

定義模糊滑?？刂破鬏斎胼敵龅哪：鶎?yīng)負(fù)(N)、零(Z)、正(P)。模糊滑模控制輸入s的論域?yàn)椋簊=[-2×108，2×108]，模糊輸出μ的論域?yàn)椋害?[-1，1]。

模糊系統(tǒng)的輸入和輸出隸屬函數(shù)如圖3所示。

圖3 模糊輸入s (a)和模糊輸出μ(b)的隸屬函數(shù)

其模糊規(guī)則表示為

Ifs(t) is N thenμis P

(35)

Ifs(t) is Z thenμis Z

(36)

Ifs(t) is P thenμis P

(37)

式(35)(37)中“當(dāng)μ≠0時(shí)，表示系統(tǒng)有干擾，且μ始終大于0”，此時(shí)控制律由等效控制項(xiàng)、等速趨近項(xiàng)和指數(shù)趨近項(xiàng)構(gòu)成。當(dāng)模糊輸入s較小時(shí)，可通過模糊輸出μ實(shí)現(xiàn)等速趨近項(xiàng)中ks1的模糊化，保證在補(bǔ)償干擾的同時(shí)，能有效地降低由于等速趨近項(xiàng)過大而引起的抖振。

模糊系統(tǒng)采用重心法進(jìn)行反模糊化。模糊輸入、輸出的隸屬函數(shù)如圖3所示。

定義Lyapunov函數(shù)為

(38)

結(jié)合式(28)(29)(34)可得：

-s(μks1sgn(s)+d)-ks2s2

(39)

則式(39)為

(40)

因此，文中設(shè)計(jì)的基于模糊趨近律的等效滑?？刂破飨碌南到y(tǒng)是穩(wěn)定的。

3 仿真研究

通過MATLAB/Simulink和AMESim聯(lián)合仿真平臺，搭建一個(gè)基于雙泵分腔調(diào)控電液負(fù)載模擬系統(tǒng)的聯(lián)合仿真模型。其中，在AMESim仿真軟件中搭建液壓系統(tǒng)模型，在MATLAB/Simulink仿真軟件中搭建基于模糊趨近律的等效滑?？刂破髂Ｐ?。在仿真模型中，文中考慮了泵的泄漏、液壓缸的內(nèi)泄、靜摩擦、庫侖摩擦、黏性摩擦等對系統(tǒng)的影響。聯(lián)合仿真模型如圖4所示。

圖4 聯(lián)合仿真模型

表1為液壓仿真模型的主要參數(shù)，而聯(lián)合仿真的采樣時(shí)間設(shè)置為0.01 s?？倝毫Φ膮⒖贾噶顬椋簆Σ=5 MPa，且總壓力控制環(huán)中控制器采用PID控制器。

表1 液壓仿真模型參數(shù)

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的力-總壓力復(fù)合控制策略的可行性和有效性，將所設(shè)計(jì)的雙泵分腔調(diào)控電液負(fù)載模擬系統(tǒng)(后續(xù)簡稱“雙泵”)與單伺服閥控制電液負(fù)載模擬系統(tǒng)(后續(xù)簡稱“單閥”)和單閉式變轉(zhuǎn)速泵控制電液負(fù)載模擬系統(tǒng)(后續(xù)簡稱“單泵”)做對比；仿真過程中，液壓仿真模型參數(shù)都是一致的。

所設(shè)置的加載力參考指令為Fd=10 000×sin(2πt)N，舵機(jī)位移參考指令為xR=0.01×sin(2πt) m。3個(gè)系統(tǒng)中的控制器均采用PID控制器，其中單泵系統(tǒng)中PID控制器參數(shù)為：KP=1，KI=40，KD=0；雙泵系統(tǒng)中PID控制器參數(shù)為：KP=2，KI=80，KD=0；單閥系統(tǒng)中PID控制器參數(shù)為：KP=0.01，KI=0.35，KD=0。3個(gè)系統(tǒng)的加載力跟蹤效果以及加載力跟蹤誤差如圖5、6所示。為了更清晰地了解單閥系統(tǒng)能耗高的問題，與雙泵系統(tǒng)進(jìn)行對比，如圖7所示。

圖5 不同系統(tǒng)加載力跟蹤效果對比

圖6 不同系統(tǒng)加載力跟蹤誤差對比

圖7 雙泵系統(tǒng)和單閥系統(tǒng)能耗對比

由圖5、6可知：在仿真過程中，雙泵系統(tǒng)和單閥系統(tǒng)的加載力跟蹤效果較好，單泵系統(tǒng)的加載力跟蹤效果較差，表明設(shè)計(jì)的力-總壓力復(fù)合控制策略具有可行性，且效果良好。由圖7可知：雙泵系統(tǒng)在5 s內(nèi)能量總消耗876.8 J，相比于單閥系統(tǒng)在5 s內(nèi)能量消耗18 725.8 J，減小了95.3%。

為了定量分析控制器的控制性能，定義以下3個(gè)參數(shù)：

(41)

(42)

(43)

式中：e(i)為第i次采樣時(shí)的加載力跟蹤誤差；N為總的采樣數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；u(i)為第i次采樣時(shí)的控制輸出；IAPE為穩(wěn)態(tài)時(shí)最大跟蹤誤差絕對值，IAPE越小，控制器的控制性能越好；IRMSE為穩(wěn)態(tài)時(shí)跟蹤誤差的均方根值，反映加載力信號偏離加載力參考指令的程度，IRMSE越小，控制器的控制性能越好；IRMSU為穩(wěn)態(tài)時(shí)控制輸出的均方根值，IRMSU能反映控制器的輸出強(qiáng)度。

根據(jù)所定義的參數(shù)，3個(gè)系統(tǒng)的控制器性能指標(biāo)如表2所示。

表2 三個(gè)系統(tǒng)的控制器性能指標(biāo)

由表2可知：3個(gè)系統(tǒng)中雙泵系統(tǒng)加載精度最高，單閥系統(tǒng)加載精度次之，單泵系統(tǒng)加載精度最差。相比單泵系統(tǒng)的加載精度，雙泵系統(tǒng)和單閥系統(tǒng)加載精度相近，而雙泵系統(tǒng)的總能耗遠(yuǎn)低于單閥系統(tǒng)的能耗，所以雙泵分腔調(diào)控電液負(fù)載模擬系統(tǒng)結(jié)合閥控系統(tǒng)和泵控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)在長時(shí)間的加載工況下，不僅能保證良好的跟蹤精度，也能節(jié)約大量的能量消耗。

針對式(34)中的參數(shù)ks2和μ，分3種情況進(jìn)行仿真對比：

(1)當(dāng)ks2=0且μ=1時(shí)，此時(shí)力控制環(huán)中控制器為傳統(tǒng)的等效滑模控制，記控制器為u1A=u1eq-ks1sgn(s)/Ka2a4。

(2)當(dāng)ks2=0且μ≠1時(shí)，此時(shí)力控制環(huán)中控制器為基于等效控制的模糊滑模控制，記控制器為u1B=u1eq-μks1sgn(s)/Ka2a4。

(3)當(dāng)ks2≠0且μ≠1時(shí)，此時(shí)力控制環(huán)中控制器為基于模糊趨近律的等效滑?？刂?，記控制器為u1C=u1eq-ks2s/Ka2a4-μks1sgn(s)/Ka2a4。

為了驗(yàn)證基于模糊趨近律的等效滑?？刂破鞯目尚行院陀行?，對3個(gè)控制器進(jìn)行對比分析，如圖8、9所示。

圖8 控制輸出曲線

由圖8可知：當(dāng)加載力參考指令為Fd=10 000×sin(2πt)N、舵機(jī)位移參考指令為xR=0.01sin(2πt)m、雙泵系統(tǒng)分別采用控制器u1A和u1B時(shí)，對比2條控制輸出曲線可得，系統(tǒng)采用基于等效控制的模糊滑模控制器u1B能有效地抑制系統(tǒng)抖振。

由圖9可知：當(dāng)加載力參考指令為Fd=10 000 N、舵機(jī)位移參考指令為xR=0.01sin(2πt) m時(shí)，雙泵系統(tǒng)采用控制器u1B時(shí)，其上升時(shí)間為0.269 s；而采用控制器u1C時(shí)，其上升時(shí)間為0.046 s，與控制器u1B相比，上升時(shí)間減小了82.9%?？梢?，加入指數(shù)趨近項(xiàng)的基于模糊趨近律的等效滑模控制器u1C顯著提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，特別適合用于大階躍的加載指令。

圖9 不同控制器跟蹤結(jié)果對比

設(shè)置加載力參考指令為Fd=10 000sin(2πt)N、舵機(jī)位移參考指令為xR=0.01sin(2πt)m，2個(gè)控制器的加載力跟蹤對比與控制輸出對比分別如圖10—12所示。可知：在考慮了系統(tǒng)的非線性摩擦和舵機(jī)運(yùn)動(dòng)等干擾情況下，雙泵系統(tǒng)采用控制器u1A時(shí)，雖然能很好地跟蹤加載指令，但由于等速趨近項(xiàng)中ks1值過大，從而造成系統(tǒng)抖振，會影響系統(tǒng)的加載精度；而雙泵系統(tǒng)采用控制器u1C時(shí)，由于模糊輸出μ對等速趨近項(xiàng)進(jìn)行了模糊化，顯著降低了系統(tǒng)的抖振。

圖10 不同控制器加載力跟蹤對比

圖11 不同控制器跟蹤誤差對比

圖12 不同控制器控制輸出對比

根據(jù)所定義的參數(shù)，2個(gè)控制器的控制性能指標(biāo)如表3所示，可定量地分析雙泵系統(tǒng)的加載精度。

表3 不同控制器的控制性能比較

由表3可知：控制器u1C的IAPE和IRMSE參數(shù)值明顯比控制器u1A的小，其參數(shù)值分別降低了31.8%和41.0%，同時(shí)控制器u1C的IRMSE參數(shù)值是2個(gè)控制器中的最小值。因此，在控制器輸出強(qiáng)度相近時(shí)，基于模糊趨近律的等效滑?？刂破鱱1C的控制性能顯著優(yōu)于等效滑?？刂破鱱1A，即當(dāng)雙泵分腔調(diào)控電液負(fù)載模擬系統(tǒng)中的控制器采用基于等效控制的模糊滑?？刂破鱱1C時(shí)，能顯著地提高系統(tǒng)的加載精度。

4 結(jié)論

(1)與單泵控電液負(fù)載模擬系統(tǒng)和單閥控電液負(fù)載模擬系統(tǒng)相比，雙泵分腔調(diào)控負(fù)載模擬系統(tǒng)中采用力-總壓力控制策略，不僅可以保證較高的加載精度，也能顯著降低系統(tǒng)能耗。

(2)與傳統(tǒng)的等效滑?？刂破飨啾龋谀：吔傻牡刃Щ？刂破髂苡行У亟档投墩瘢也捎迷摽刂破鞯碾p泵分腔調(diào)控負(fù)載模擬系統(tǒng)響應(yīng)速度提高了82.9%。

(3)與傳統(tǒng)的等效滑模控制器相比，基于模糊趨近律的等效滑模控制器的控制效果提升了41.0%。

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