液压系统的压力‒速度复合控制策略

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210814

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2023, Vol. 51 ›› Issue (1): 31-40.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.210814

所属专题： 2023年机械工程

液压系统的压力‒速度复合控制策略

夏毅敏^1,² 骆亮霖^1,² 郭堃³袁野³ 史余鹏^1,²王成瑜^1,²

^1.中南大学机电工程学院, 湖南长沙 410083
^2.中南大学高性能复杂制造国家重点实验室, 湖南长沙 410083
^3.中联重科股份有限公司, 湖南长沙 410013

收稿日期:2021-12-24 出版日期:2023-01-25 发布日期:2023-01-02
通信作者: 夏毅敏（1967-），男，博士，教授，主要从事液压传动研究。 E-mail:xiaymj@csu.edu.cn
作者简介:夏毅敏（1967-），男，博士，教授，主要从事液压传动研究。
基金资助:
湖南创新型省份建设专项(2019GK2171);2021年湖南省科技重大专项十大技术攻关项目(2021GK1070);长沙市科技计划项目(KH2003025)

Pressure-Velocity Compound Control Strategy of Hydraulic System

XIA Yimin^1,² LUO Lianglin^1,² GUO Kun³ YUAN Ye³ SHI Yupeng^1,² WANG Chengyu^1,²

^1.School of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China
^2.State Key Laboratory of High Performance Complex Manufacturing, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China
^3.Zoomlion Heavy Industry Science & Technology Development Co. , Ltd. , Changsha 410013, Hunan, China

Received:2021-12-24 Online:2023-01-25 Published:2023-01-02
Contact: 夏毅敏（1967-），男，博士，教授，主要从事液压传动研究。 E-mail:xiaymj@csu.edu.cn
About author:夏毅敏（1967-），男，博士，教授，主要从事液压传动研究。
Supported by:
the Innovation Province-Specific Construction Program of Hunan Province(2019GK2171);the Major 2021 of Science and Technology in Hunan Province-Top 10 Key Technology Projects(2021GK1070)

摘要/Abstract

摘要：

以由比例溢流阀与比例调速阀控制的阀控缸系统为研究对象，建立液压系统动力学模型；基于LuGre模型对推进液压缸摩擦力进行补偿；建立鬃毛观测器对阀芯运动特性进行估计并通过Lyapunov第一法证明观测器的稳定性；将液压系统的不确定性和外负载干扰进行整合，并选取自适应率进行估计；基于反步积分自适应控制算法，提出了一种压力-速度复合控制策略并对其稳定性进行验证。以液压缸速度控制为基础，将压力误差引入速度期望，实现阀控缸系统的压力-流量复合控制。建立AMESim-Matlab阀控缸系统联合仿真平台来对压力-速度复合控制策略性能进行分析。仿真结果表明：压力-速度复合控制器在阀控缸系统速度调节、突变负载以及负载扰动等工况下均具有良好的控制性能；比例溢流阀溢流量的控制有效减小了系统压力的波动和超调；改变压力误差占比可有效改变地层突变时的压力、速度误差分配，在实际工程中，可根据需要通过改变压力误差占比来对复合控制的误差进行分配。

关键词: 阀控缸系统, 反步法, LuGre模型, 状态观测器, 压力?速度复合控制

Abstract:

Taking the valve control cylinder system controlled by proportional relief valve and proportional speed-regulating valve as the research object, this paper established a dynamics model of hydraulic system. The friction force of propulsion hydraulic cylinder was compensated based on LuGre model. The bristly observer was established to estimate the motion characteristics of the spool and the stability of the observer was proved by Lyapunov first method. The uncertainty of hydraulic system was integrated with external load interference, and the adaptive rate was estimated. Based on the inverse integral adaptive control algorithm, a pressure-velocity compound control strategy was proposed and the stability of the control strategy was verified. Based on the hydraulic cylinder speed control, the pressure error was introduced into the speed expectation to realize the pressure-flow compound control of valve control cylinder system. The co-simulation platform of the valve-controlled cylinder system was established in AMESim and Matlab, and the speed regulation, sudden load and load disturbance of the valve-controlled cylinder system were simulated and analyzed under different error proportions. The simulation results show that the pressure-velocity composite controller has good control performance under the conditions of speed regulation, sudden load and load disturbance of the valve control cylinder system. The overflow control of proportional relief valve effectively reduces the fluctuation and overshoot of system pressure. Overchanging the proportion of pressure error can effectively change the distribution of pressure and velocity error when the formation changes abruptly. In practical engineering, the distribution of compound control error can be carried out by changing the proportion of pressure error according to the need.

Key words: valve-controlled cylinder system, backstepping, LuGre model, state observer, pressure-velocity compound control

中图分类号:

TH137

夏毅敏, 骆亮霖, 郭堃, 等. 液压系统的压力‒速度复合控制策略[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(1): 31-40.

XIA Yimin, LUO Lianglin, GUO Kun, et al. Pressure-Velocity Compound Control Strategy of Hydraulic System[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2023, 51(1): 31-40.

图/表 5

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液压系统的压力‒速度复合控制策略

Pressure-Velocity Compound Control Strategy of Hydraulic System

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