液壓伺服系統模糊滑模變結構控制研究

肖新橋

（中國安能集團第三工程局有限公司，四川 成都611130）

液壓伺服系統廣泛應用于工程機械、航空航天、冶金船舶等領域。由于液壓系統本身非線性，摩擦泄露等因素影響，其數學模型不能精確建立，且受外界復雜載荷和干擾影響，使伺服系統的準確控制極具挑戰。滑模控制由于對外界干擾不敏感，具有強魯棒性，在工程領域得到廣泛研究與應用。Lei 等人[1]對閥控非對稱液壓系統采用滑模控制液壓缸桿輸出規劃軌跡，通過與傳統PID 算法比較，顯示了所設計控制方法的優越性。余愿等[2]將滑模控制中的等效輸入項模糊化，仿真驗證了所設計模糊滑模控制器相較PID 控制器，在三通閥控非對稱液壓缸伺服系統控制中更高的軌跡跟蹤精度。鄭凱鋒等[3]在液壓伺服系統控制中采用反饋線性化滑模控制并得到較好的控制效果。文獻[4-7]采用模糊滑模控制機械臂或液壓伺服系統，仿真或試驗表明控制方法對外干擾和不確定項的強魯棒性。文獻[8-11]介紹并分析了滑模控制在電液伺服系統中的發展與應用現狀。

本文采用模糊滑模控制理論，對伺服閥控非對稱液壓缸進行軌跡控制，對輸入切換項中的符號函數模糊化，并對增益因子設計自適應率，從而使系統控制不需要外界干擾上界的先驗知識，且降低了抖震并得到了較好的仿真試驗效果。

1 閥控非對稱液壓缸數學模型

圖1 閥控非對稱液壓缸結構圖

圖1 為閥控非對稱液壓缸結構框圖，ps與p0分別為液壓泵供油壓力與回油壓力，xv為比例伺服閥閥芯位移，y 為活塞桿位移，Q1與Q2分別表示進出非對稱缸無桿腔的流量與有桿腔的流量，p1，A1與V1分別表示無桿腔壓力，活塞面積與容積，p2，A2與V2則表示有桿腔壓力，活塞面積與容積（如圖1）。

定義負載壓力PL與負載流量QL為，

2 模糊滑模變結構控制

3 仿真

4 結論

本文采用模糊控制理論與滑模變結構相結合，將輸入切換項中的符號函數模糊化，并設計自適應率調節增益因子，有效降低系統抖震，且不需要外界干擾上界的先驗知識。與傳統滑模控制相比，減小了軌跡跟蹤誤差，提升了軌跡跟蹤效果。

表1 符號函數近似ufs 模糊控制規則表

圖2 動臂液壓缸桿軌跡跟蹤

圖3 動臂液壓缸桿軌跡跟蹤誤差

[3] 鄭凱鋒,楊桂玲,房加志,等.閥控非對稱缸系統的反饋線性化滑模控制[J].機床與液壓,2017,45(05):151-154.

[4] Roopaei M, Zolghadri M, Meshksar S. Enhanced adaptive fuzzy sliding mode control for uncertain nonlinear systems[J].Communications in Nonlinear Science & Numerical Simulation,2009, 14(9-10):3670-3681.

[5] Amer A F, Sallam E A, Elawady W M. Adaptive fuzzy sliding mode control using supervisory fuzzy control for 3 DOF planar robot manipulators [J]. Applied Soft Computing, 2011, 11(8):4943-4953.

[6] Cerman O, Hu?ek P. Adaptive fuzzy sliding mode control for electro-hydraulic servo mechanism [J]. Expert Systems with Applications, 2012, 39(11):10269-10277.

[7]才秦東,陳龍淼.機械臂液壓伺服系統的自適應模糊滑模控制[J].機床與液壓,2017,45(03):62-66.

[8]李紹博. 電液位置伺服系統的滑模變結構控制研究[D].沈陽：東北大學,2009.

[9]胡永生. 滑模變結構控制及其在電液位置伺服系統中的應用研究[D].太原：太原理工大學,2008.

[10]張志偉,毛福榮.滑模變結構控制方法在電液伺服系統中的應用[J].液壓與氣動,2005(08):50-52.

[11]董彩云,王海軍,吳玉娟.滑模變結構控制在電液伺服系統中的應用綜述[J].流體傳動與控制,2015(04):1-3.