液压伺服系统基于复合粒子群阻抗控制律??     中山升高车租赁,  升高车出租,  中山升高车公司    目前，液压伺服系统力跟踪控制主要基于位置阻抗控制策略，末端位置力跟踪稳态误差较高，具有系统非线性及参数时变性特点，Sharifi等提出一种自适应阻抗控制策略，可辨识环境刚度及环境位置，补偿期望位置，有效降低末端位置力跟踪稳态误差；等提出一种基于模糊自适应阻抗控制策略，采用模糊算法通过力偏差及其变化率选择阻尼参数，快速跟踪末端位置期望力。本文提出一种基于复合粒子群自适应控制策略。在建立液压伺服系统数学模型和阻抗模型基础上，根据环境刚度及力偏差采用模糊算法确定阻抗参数范围，结合莱维飞行粒子群对阻抗参数快速通过局部和全局搜索确定阻抗参数，采用3次样条插值拟合阻抗参数随环境刚度变化方程；分析末端位置力跟踪稳态误差原因并建立数学模型，根据末端位置力和当前位置，利用自适应算法估计环境刚度与环境位置对期望位置补偿并选择阻抗参数，运用二连杆串联机构台架试验验证液压伺服系统力跟踪性能。

     液压伺服系统末端位置不与环境发生接触时为纯位置内环控制，确立液压伺服系统数学模型。液压伺服系统，主要由液压伺服阀、液压缸、位移传感器和力传感器等部分组成。液压伺服阀数学模型液压伺服阀包括力矩放大器和伺服阀两部分。力矩放大器将控制器输出偏差电压e转化为驱动电流I，在一定频率范围内，力矩放大器可视为比例环节，则力矩放大系数Ka表示为：Ka=Ie（1）伺服阀为具有非线性特性功率放大器，其传递函数用二阶振荡环节近似表示，即QI=Kvωv2s2+2δvωvs+ωv2（2）式中，Q-流量；Kv-伺服阀流量增益；ωv-伺服阀固有频率；δv-伺服阀阻尼比。

      缸体传动一般近似等效为积分加上二阶振荡环节，其传递函数为Gs=ωn2s(s2+2δnωns+ωn2)（3）式中，ωn-液压缸固有频率；δn-动力元件阻尼比。液压伺服系统建立液压伺服系统数学模型结构。

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      阻抗模型建立,   基于位置阻抗模型，液压伺服系统末端位置与环境物体发生接触后，液压缸非独立受控对象，而是由液压缸与环境共同组成综合动态系统。环境模型刚度极大，液压缸末端位置受力与其位置偏差用阻抗模型表示为Fx=MdΔẍ+BdΔẋ+KdΔx    拉普拉斯变换可得其传递函数为Δx=FxMds2+Bds+Kd，Md、Bd和Kd分别表示液压伺服系统期望惯性、期望阻尼和期望刚度；Δx=xr-x表示位置修正量，其中x为当前运动轨迹，xr为期望运动轨迹；Fx表示液压缸末端与环境之间接触力，当液压伺服系统为纯位置控制时为0。环境模型对液压缸末端位置存在反作用力Fe，其值等于Fx。环境模型根据自身刚度不同会产生位移形变Δxe=x-xe，其中xe为环境位置，环境模型与液压缸末端间相互作用力表示为Fe=MeΔẍe+BeΔẋe+KeΔxe，Me、Be和Ke表示环境阻抗参数。在实际运动中，由于液压缸末端位置运动速度与加速度较小，环境模型与液压缸末端之间相互作用力可简化为Fe=KeΔxe（7）1.2.2力跟踪模型由于液压伺服系统在工作过程中，液压缸末端位置需保持一定力，引入期望力Fr构成力闭环，其力学公式为Fr-Fe=MdΔẍm+BdΔẋm+KdΔxm，Δxm表示位置偏差，值为x-xr。基于位置液压伺服系统末端位置力跟踪阻抗控制。位置信号xr控制器力矩放大器伺服阀液压缸位移传感器ereKaIQ1/ApKvωv2s2+2δvωvs+ωv2ωn2s(s2+2δnωns+ωn2)Kf位移设计期望惯性Md、期望阻尼Bd及期望刚度Kd影响液压伺服系统末端位置修正量。在不同环境模型及期望力条件下，保证液压伺服系统末端位置力快速精确跟踪期望力关键在于控制系统精确寻找阻抗控制参数。针对液压伺服系统力跟踪控制实时性，需通过控制律建立阻抗参数变化方程，使液压伺服系统力跟踪根据末端位置接触环境刚度不同调整阻抗控制参数，提高其末端位置力跟踪控制性能。

      复合粒子群算法阻抗控制采用模糊算法确定阻抗参数对应种群范围；根据种群范围局部与全局搜索最优解；为防止种群粒子陷入局部最优解，利用莱维飞行策略将进入局部最优解粒子位置重新更新，确定合理阻抗参数。

    模糊算法阻抗参数种群范围选择,   模糊算法阻抗参数种群范围选择策略是当环境刚度较大时需液压杆伸缩刚度减小，保护系统及环境物体不受变形破坏；当环境刚度较小时需液压杆伸缩刚度增大，满足作业性能。按照力偏差对阻抗参数作相应微调，确定阻抗参数选择范围。根据环境刚度及其力偏差作为输入，输出为阻抗模型Md、Bd和Kd参数范围。输入与输出各语言变量值集合均为{负大（NB），负中（NM），负小（NS），零（ZO），正小（PS），正中（PM），正大（PB）}，隶属度函数取高斯隶属度函数。输入环境刚度Ke、力跟踪偏差Fe设置论域分别为[0,2000]和[-1000,1000]；输出Md、Bd、Kd设置论域分别为[0,2]、[0,200]和[0,1000]，则输入与输出FIS关系曲面。阻抗参数种群范围可根据不同环境刚度及其力偏差确定阻抗参数搜索范围，保证粒子群搜索精度。

      速度与位置更新,   在粒子群PSO算法中，将阻抗参数看作3组m个粒子组成群体，在1个D=3维空间中搜索，其中第i个粒子表示为1个D维向量Xi=（xi1，xi2，…，xis），每个粒子位置就是1个潜在解。将xi代入目标函数，根据适应值衡量解优劣。在每次迭代计算中，粒子根据下列公式更新本身速度和位置：Vn+1is=ωVnis+c1r1(n)(Pnis-Xnis)+c2r2(n)：i=1,2,…,m，s=1,2,…,D；C1和C2为非负常数，调节粒子飞向自身及全局最好位置方向步长，一般取2；r1和r2为[0，1]范围内变化且相互独立随机数；ω为惯性权值；n为迭代次数。为减少进化过程中粒子离开搜索空间，Vis通常限定在一个范围内。

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