基于定量反馈理论和自适应控制的电液伺服试验机波形复现研究

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电液伺服系统存在非线性、时变性,且对不同试件刚度的适应能力较差,是电液伺服试验机动态波形复现精度不理想的主因。为一定程度上克服此问题,本文提出了在向量拟合法系统辨识的基础上,将QFT控制器与自适应逆控制相结合的新控制思路。由于通过物理建模得到的被控对象传递函数表达式往往存在较大的误差,本文采用了基于向量拟合法的系统辨识方法。该方法将含频率高次幂系数的病态方程组转化为线性超定方程组,能够更准确地辨识被控对象频域表达式,为QFT控制器的设计做铺垫;为克服电液伺服系统的时变性及其对不同试件刚度的适应能力差的问题,本文从内环控制器设计与外环自适应算法两个角度切入,分别采用QFT控制器和基于X-滤波LMS算法的自适应前馈控制器。其中QFT控制器具有比PID控制器更大的频宽和更高的控制精度,对不同试件刚度具有强鲁棒性,且参数整定后无须修改;基于X-滤波LMS算法的自适应逆控制在内环QFT控制的基础上添加一个自适应前馈,能够进一步提高控制系统的控制精度、拓展控制系统的频宽。新算法能在一定程度上克服电液伺服试验机时变性对控制性能的影响,最终得到一个自适应速度快、控制精度高且可靠性好的电液伺服试验机控制系统。应用本文提出的新算法对各种典型波形进行了仿真复现,其中30 Hz的正弦波仅需10s即可实现权值收敛,并能把峰值误差控制在1%以内;三角波、方波也可通过该算法实现高精度复现,是目前工程上许多仅用于正弦波复现的自适应算法所不具备的。为验证新算法在实际工程中的应用价值,本文以MTS电液伺服试验机作为试验对象,对工程中普遍应用的PID控制算法、MTS试验机采用的APC自适应算法和本文提出的新算法,进行了力控制与位移控制的共计六组典型试验对比。试验结果表明本文提出的新算法的自适应速度快于APC算法,可使收敛时间缩短75%,将平均收敛时间控制在6s以内;新算法在大大提高自适应速度的同时,仍具有高控制精度与可靠性,可稳定将正弦波峰值误差控制在1%以内,在实际工程中具有一定的应用前景。
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