液驱并联机构多维力加载系统滑模解耦控制

作者：赵劲松^*; 孙鑫宇; 董杰; 王春发; 徐嘉祥; 王志鹏

来源：中南大学学报(自然科学版), 2020, 51(12): 3407-3417.

• 电液伺服
• 并联机构
• 多维力加载
• 力耦合
• 变结构控制

针对液驱并联机构多维力加载系统频响低、耦合力强、参数时变和模型摄动的问题,提出一种改进的滑模控制策略以提高系统响应速度与输出精度。首先,建立多维力加载系统刚柔混合动力学模型与液压系统模型,推导不同位姿下系统闭环传递函数,分析各通道间耦合力产生机理。其次,考虑多维力加载系统模型实际质量矩阵和刚度矩阵的不确定性,提出名义矩阵补偿方法。基于系统补偿模型,构建滑模控制器名义模型,进而利用力跟踪误差确定控制器二阶滑模面,探索滑模面收敛条件,分析控制参数对力跟踪误差收敛速度的影响。在此基础上,采用线性化反馈技术,确定滑模控制律。最后,根据李雅普诺夫定理分析提出的控制结构稳定性,得到渐进稳定的充分条件。研究结果表明:在工作频段,相较于传统PI控制,滑模控制的多维力加载系统通道间耦合力范围减小86.5%,耦合力矩范围减小66%;广义质量矩阵和广义刚度矩阵的非对角性是多维力加载系统产生耦合力的主要因素,改进的滑模控制器能够克服多维力加载系统的建模误差,提高系统的动态响应速度及对外部扰动的鲁棒性。

• 单位
  燕山大学; 浙江大学; 流体动力与机电系统国家重点实验室