双缸同步系统自适应控制的研究
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摘要
本论文以不均衡的双缸或者多缸液压提升系统的位置同步控制为研究对象，针对该系统执行机构的同步问题，基于自适应控制理论及非线性理论、稳定性理论、系统辩识等提出一种非线性控制方案：基于线性多输入-多输出定性反馈鲁棒控制技术设计了一个同步运动控制器作为外环输出，同时为每一个液压提升缸设计了单输入-单输出的基于压力控制的扰动观测器作为内环输入，以估计影响执行机构同步运动的非线性因素，用以调节控制器的参数使系统实现自适应控制，并以数学和控制理论为基础对所提的方案进行论证和推导。
This paper present a nonlinear control algorithm to solve the motion synchronization problem for a dual-cylinder electro-hydraulic (EH) lift system. A two-step design approach is applied that utilized linear multiple input -multiple output robust control technique to design an out-loop motion synchronization controller. A nonlinear single input-single output perturbation observer-based presser-force controller is designed for each of the lift cylinder as the inner-loop controller to handle the nonlinearities associated with the EH actuators. The system realized to adjust itself properly. The algorithm is proofed seriously and accurately using the knowledge of mathematics and adaptive control and so on.
This paper present a nonlinear control algorithm to solve the motion synchronization problem for a dual-cylinder electro-hydraulic (EH) lift system. A two-step design approach is applied that utilized linear multiple input -multiple output robust control technique to design an out-loop motion synchronization controller. A nonlinear single input-single output perturbation observer-based presser-force controller is designed for each of the lift cylinder as the inner-loop controller to handle the nonlinearities associated with the EH actuators. The system realized to adjust itself properly. The algorithm is proofed seriously and accurately using the knowledge of mathematics and adaptive control and so on.
引文
[1] R.Bickel." Disturbance observer based robot control with applications to force control." Ph.D. dissertation, Univ. California at Bekeley,1996.
[2] G.T.C.Chiu."Coordination control of multiple axes mechanical system: theory and application to machining and computer disk file systems." Ph.D. dissertation, Univ. California at Berkeley, 1994.
[3] C.A.Descoer and M.Vidyasagarl,Feedback System; Input-output properties.New York: Academic,1975.
[4] H.Elmali and N.Olgac. "Sliding more control with perturbation (SMCPE): A new approach. "Int.J.Control.vol.56.pp.923-941.1992.
[5] M.A.Franchek. "Seleching the performance weights for theμ and H_∞ synthesis methods for SISO regulating system." Trans. ASME.J. Dyn.Syst.Meas. Control. Vol.118,pp.126-131,1996.
[6] P.Hogan and C.R.Burrowa, "synchronizing unevenly-loaded hydraulic cylingders." In Proc.ASME Fluiid Power and System Technology Div. Vol.1,1994,pp.75-80.
[7] I.M.Horowitz. Quantitative Feedback Design Theory (QFT):QFT Publications,1993.
[8] S.Konada and K.Ohnishi. "Force feedback control of robot manipulator by the acceleration tracing orientation method." IEEE Trans. Ind. Electron.vol.37,feb,1990.
[9] Y.Koren."Coross-coupled biaxial computer control for manufacturing system," Trans. ASME. J. Dyn. Syst. Meas. Cntrol.vol. 102,pp,265-272,1980.
[10] K.E.Merritt.Hydraulic Control System. New York:Wiley.1967.
[11] K.Ohnishi.M. Nakao, and K. Miyachim " microprocessor-controlled DC motor for load-insensitive position servo system." IEEE Trans.Ind. Electron .vol.IE-34,PP,44-49,Fev.1987.
[12] Y.E Xiong.S. Lequoc,, and R.M.H. Cheng. " Adaptive control of a synchronizing servo-system," in SAE Technical Paper Series,1992,pp, 1-5.
[13] B.Yao.F.Bu.J.Reedy, and G.T.C.Chiu, "Adaptive robust motion control of single-rod hydraulic actuators: Theory and experiments," in Proc. IEEE American Control Conf. vol. 2,1999,pp,759-763.
[14] B.Yao and M.Tonizuka, "Adaptive robust control of MIMO nonlinear systems in semi-strict-feedback forms," Automatica,submitted for publication.
[15] 王春行，液压控制系统，北京：机械工业出版社，1999年5月；
[16] 李洪人，液压控制系统，北京：国防工业出版社，1981年6月；
[17] 卢长耿、李金良，液压控制系统的分析与设计，煤炭工业出版社，1991年；
[18] 刘长年，液压伺服系统优化设计理论，冶金工业出版社，1989年8月；
[19] 顾瑞龙，控制理论及电液控制系统，机械工业出版社，1984年9月；
[20] 薛定宇，反馈控制系统设计与分析，清华大学出版社，2000年4月
[21] K．J．奥斯特隆姆 B．威顿马克 自适应控制 科学出版社 1992。
[22] 方崇智 萧德云 过程辩识 清华大学出版社 1987。
[23] 吴广玉等 系统辩识与自适应控制 哈尔宾工业大学出版社 1984。
[24] 詹姆斯 E．约翰逊 电液伺服系统 国防工业出版社 1981。
[25] 陈信等 人-机-环境系统工程 人民军医出版社 1988。
[26] 赵文峰 控制系统设计与仿真 西安电子科技大学出版社 2003。
[27] 高为炳 非线性系统导论 科学出版社 1988。
[28] 王占林，近代液压控制，机械工业出版社，1997年8月；
[29] 薛定宇，控制系统计算机辅助设计，清华大学出版社，1996年6月；
[30] 付梦印、钟秋海，现代控制理论与应用，1997年1月；
[31] 薛定宇，反馈控制系统设计与分析，清华大学出版社，2000年4月
[32] 绪方胜彦，现代控制工程，科学出版社，1976年9月；
[33] 仇慎谦，PID调节规律和过程控制，江苏科学技术出版社，1987年12月
[34] 郑大钟，线性系统理论，清华大学出版社，1990年3月
[35] 李镇铭，环路法及最佳状态反馈系统设计，国防工业出版社，1988年；
[36] [美]R．P．兰姆贝克，液压泵和液压马达选择与应用，机械工业出版社，1989年7月；
[37] 胡飞，近代电液伺服系统控制方法研究与应用，西北工业大学博士学位论文，1998年；
[38] 周继成，双液压马达同步驱动电液位置伺服系统的研究，哈尔滨工业大学博士学
位论文，1995年；
[39] 王崎，气动机器人电-气位置伺服系统的研究，哈尔滨工业大学博士学位论文，1998年；
[40] 王茂，仿真转台外框电液位置伺服系统的自适应控制，哈尔滨工业大学博士学位论文，1992年；
[41] 盛万兴，模糊控制优化设计研究及其在电液伺服系统中的应用，西安交通大学博士学位论文，1995年；
[42] 董新民，高响应电液位置伺服系统的研究及其在异圆加工中的应用，西安交通大学博士学位论文，1992年；
[43] 王孙安，大功率液压马达速度伺服系统的控制方法研究，西安交通大学博士学位论文，1989年；
[44] 王亮，改进GAs在PID控制器优化中算法性能的方法，机床与液压，2000年第1期；
[45] 阎晓霞，一种参数优化算法，电力学报，1997年第3期；
[46] 李贻斌，最佳电液位置伺服系统的设计，山东矿业学院学报，1996年第4期；
[47] 刘骏跃，最优控制理论的现状与发展，机电工程，2000年第5期；
[48] 赵波，电液伺服系统斜坡ITAE准则优化设计，机床与液压，1999年第5期；
[49] 毛军红，位置伺服系统PID控制器参数在线整定算法，西安石油学院学报，1999年第1期；
[50] 宋俊，电液伺服系统准则参数优化，沈阳工业大学学报，1996年第4期；
[51] 徐国华，喷浆机器人微机控制电液位置伺服系统，山东矿业学院学报，1996年第2期；
[52] Pinsopon U,Zhang Q,Koehler D,Ottman R;Hydraulic actuator control with open-centre electrohydraulic valve using a cerebellar model articulation controller neural network algorithm;J Syst Control Eng, 1999,V213,N1, P33-48
[53] Niksefat Navid,Sepehri Nariman;Robust force controller design for an electro- hydraulic actuator based on nonlinear model;Proc IEEE Int Conf Rob Autom, Proceedings of the 1999 IEEE International Conference on Robotics and Automation,ICRA99,1999,V1,P200-206
[54] Habib S R;Sliding mode control of a hydraulic industrial robot;J Dyn Syst Meas
Control Frans ASME, 1999,V121,N2,ASME,P312-318
[55] Hansen Poul E,Conrad Finn;Towards autonomous control of hydrulic actutor system;Fluid Power Systems and Technology, Conrad Finn, Proceeding Congress and Exposition Anaheim CA USAASME Fairfield NJ USA,1998,V5,P133-142
[56] Krishna Murali,Bares John;Constructing hydraulic robot models using memory-based learning;J Aerosp Eng, 1999,V12,N2, P34-42
[57] Hirata T, Guenat O T, Akashi T, Gretillat M A;Numerical simulation on the flowfield of the novel pneumatic actutor system realized by micro-EDM;de Rooij,N F Proc IntSymp Micremechatronics Hum Sci, Proceedings of the 1998 9th International Symposium on Micromecha-tronics and Human Science,1998,P77-82
[58] Wang Jihong, Pu Junsheng,Moore Philip;Accurate position control of servo pneumatic actutor systems;Control Eng Pract,1999,V7,N6, P669-706
[59] L.Beiner&J.Mattila;An improved pseudoinverse solution for redundant hydraulic manupulators;Robotic;1999,V17,P173-179
[60] N Sepehri,G Wu;Experimental evaluation of generalized predictive control applied to a hydraulic actuator;Robotic, 1998,V16,P463-474
[61] Marco Cecearelli,Giorgio Figliolini;Designing a robotic gripper for harvesting horticulture products;Robotica,2000,V18,P105-111
[62] 孔凡才，自动控制原理与系统，机械工业出版社，1987年；
[63] 于长官 现代控制论 哈尔宾工业大学出版社 1998。
[2] G.T.C.Chiu."Coordination control of multiple axes mechanical system: theory and application to machining and computer disk file systems." Ph.D. dissertation, Univ. California at Berkeley, 1994.
[3] C.A.Descoer and M.Vidyasagarl,Feedback System; Input-output properties.New York: Academic,1975.
[4] H.Elmali and N.Olgac. "Sliding more control with perturbation (SMCPE): A new approach. "Int.J.Control.vol.56.pp.923-941.1992.
[5] M.A.Franchek. "Seleching the performance weights for theμ and H_∞ synthesis methods for SISO regulating system." Trans. ASME.J. Dyn.Syst.Meas. Control. Vol.118,pp.126-131,1996.
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[7] I.M.Horowitz. Quantitative Feedback Design Theory (QFT):QFT Publications,1993.
[8] S.Konada and K.Ohnishi. "Force feedback control of robot manipulator by the acceleration tracing orientation method." IEEE Trans. Ind. Electron.vol.37,feb,1990.
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[10] K.E.Merritt.Hydraulic Control System. New York:Wiley.1967.
[11] K.Ohnishi.M. Nakao, and K. Miyachim " microprocessor-controlled DC motor for load-insensitive position servo system." IEEE Trans.Ind. Electron .vol.IE-34,PP,44-49,Fev.1987.
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[14] B.Yao and M.Tonizuka, "Adaptive robust control of MIMO nonlinear systems in semi-strict-feedback forms," Automatica,submitted for publication.
[15] 王春行，液压控制系统，北京：机械工业出版社，1999年5月；
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[23] 吴广玉等 系统辩识与自适应控制 哈尔宾工业大学出版社 1984。
[24] 詹姆斯 E．约翰逊 电液伺服系统 国防工业出版社 1981。
[25] 陈信等 人-机-环境系统工程 人民军医出版社 1988。
[26] 赵文峰 控制系统设计与仿真 西安电子科技大学出版社 2003。
[27] 高为炳 非线性系统导论 科学出版社 1988。
[28] 王占林，近代液压控制，机械工业出版社，1997年8月；
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[49] 毛军红，位置伺服系统PID控制器参数在线整定算法，西安石油学院学报，1999年第1期；
[50] 宋俊，电液伺服系统准则参数优化，沈阳工业大学学报，1996年第4期；
[51] 徐国华，喷浆机器人微机控制电液位置伺服系统，山东矿业学院学报，1996年第2期；
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[63] 于长官 现代控制论 哈尔宾工业大学出版社 1998。
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