基于死区补偿的电液位置伺服系统自抗扰控制

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.006

中国机械工程 ›› 2021, Vol. 32 ›› Issue (12): 1432-1442.DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.006

基于死区补偿的电液位置伺服系统自抗扰控制

王立新1;赵丁选1;刘福才2;刘谦1;张祝新1

1.燕山大学机械工程学院，秦皇岛，066004
2.燕山大学工业计算机控制工程河北省重点实验室，秦皇岛，066004

出版日期:2021-06-25 发布日期:2021-07-08
通讯作者: 赵丁选（通信作者），男，1965年生，教授、博士研究生导师。研究方向为复杂机械系统动力学建模及仿真、汽车主动悬挂技术等。发表论文200余篇。E-mail:zdx@ysu.edu.cn。
作者简介:王立新，男，1988年生，博士研究生。研究方向为自抗扰控制技术、液压伺服控制技术。发表论文8篇。E-mail:wlx@stumail.ysu.edu.cn。
基金资助:
国家重点研发计划(2016YFC0802902)；
河北省自然科学基金创新研究群体项目(E2020203174)；
河北省重点研发计划(20353501D)

ADRC for Electro-hydraulic Position Servo Systems Based on Dead-zone Compensation#br#

WANG Lixin1;ZHAO Dingxuan1;LIU Fucai2;LIU Qian1;ZHANG Zhuxin1

1.School of Mechanical Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao,Hebei,066004
2.Hebei Province Key Lab of Industrial Computer Control,Yanshan University,Qinhuangdao,Hebei,066004

Online:2021-06-25 Published:2021-07-08

摘要/Abstract

摘要： 针对电液位置伺服控制系统的比例阀死区、参数不确定及外部未知扰动等问题，设计了由自抗扰控制器与死区逆补偿构成的串联控制器。首先基于实验辨识构造死区逆模型对死区进行预补偿，然后根据系统特性设计了一阶自抗扰控制器，构造改进的扩张状态观测器对“总扰动”进行实时估计，并通过非线性控制律给予主动补偿。联合仿真与试验结果表明，所提出的串联控制器有效地补偿了比例阀死区，提高了系统动态性能和位置跟踪精度。

关键词: 液压系统, 死区, 自抗扰控制, 扩张状态观测器

Abstract: Aiming for the problems of proportional valve dead-zone, parametric uncertainties, and unknown external disturbances in electro-hydraulic position servo control systems, a cascade controller which was composed of ADRC and dead-zone inverse compensation was designed. Firstly, the valve dead-zone was pre-compensated by an inverse model which was established based on experimental identification. Then, according to the characteristics of the system, the first-order ADRC was designed. “general disturbances” were estimated by an improved ESO and compensated by a nonlinear control law in real-time. The results of co-simulation and experiments show that the proposed cascade controller effectively compensates the proportional valve dead-zone, improves dynamic performances and position tracking accuracy of the system.

Key words: hydraulic system, dead-zone, active disturbance rejection control(ADRC), extended state observer(ESO)

中图分类号:

TP273

王立新, 赵丁选, 刘福才, 刘谦, 张祝新. 基于死区补偿的电液位置伺服系统自抗扰控制[J]. 中国机械工程, 2021, 32(12): 1432-1442.

WANG Lixin, ZHAO Dingxuan, LIU Fucai, LIU Qian, ZHANG Zhuxin. ADRC for Electro-hydraulic Position Servo Systems Based on Dead-zone Compensation#br#[J]. China Mechanical Engineering, 2021, 32(12): 1432-1442.

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参考文献

［1］覃艳明，赵静一，马金玉，等.八自由度机械臂的轨迹跟踪控制［J］.中国机械工程，2019，30(22)：2741-2756.
TAN Yanming，ZHAO Jingyi，MA Jinyu，et al. Trajectory Tracking Control of Eight-DOF Manipulators［J］. China Mechanical Engineering，2019，30(22)：2741-2756.
［2］王喆，王京，张勇军，等.轧机两侧液压伺服位置系统自抗扰同步控制［J］.控制理论与应用，2013，30(12)：1602-1608.
WANG Zhe，WANG Jing，ZHANG Yongjun，et al. Active Disturbance Rejection Synchronous Control for Both Sides of Hydraulic Servo Position System of Rolling Mill［J］. Control Theory & Applications，2013，30(12)：1602-1608.
［3］MATTILA J，KOIVUMKI J，CALDWELL D G，et al. A Survey on Control of Hydraulic Robotic Manipulators with Projection to Future Trends［J］. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2017，22(2)：669-680.
［4］GU W，YAO J，YAO Z，et al.Robust Adaptive Control of Hydraulic System with Input Saturation and Valve Dead-zone［J］.IEEE Access，2018，6：53521-53532.
［5］彭熙伟，何砚高.基于迭代学习算法的电液比例伺服控制［J］.机械工程学报，2018，54(20)：271-278.
PENG Xiwei，HE Yangao. Electro-hydraulic Proportional Servo Control Based on Iterative Learning Algorithm［J］. Journal of Mechanical Engineering，2018，54(20)：271-278.
［6］许振保，赵春娥，许振珊. 电液比例阀中位死区的线性化补偿方法［J］. 湖南科技学院学报，2010，31(8)：19-21.
XU Zhenbao，ZHAO Chune，XU Zhenshan. Linearization Compensation Method of Dead-zone for Electro-hydraulic Proportional Valve［J］. Journal of Hunam University of Science and Engineering，2010，31(8)：19-21.
［7］李妍，毛志忠，王福利，等.电弧炉电极调节系统的自适应死区补偿控制［J］. 控制与决策，2010，25(10)：1474-1478.
LI Yan，MAO Zhizhong，WANG Fuli，e al. Adaptive Dead Zone Compensation Control of Electrode Regulating System of Electric Arc Furnace［J］. Control & Decision，2010，25(10)：1474-1478.
［8］YAO Jianyong，DENG Wenxiang. Active Disturbance Rejection Adaptive Control of Hydraulic Servo Systems［J］. IEEE Trans. Ind. Electron.，2017，64(10)：8023-8032.
［9］方一鸣，李叶红，石胜利，等. 液压伺服位置系统的神经网络backstepping控制［J］. 电机与控制学报，2014，18(6)：108-115.
FANG Yiming，LI Yehong，SHI Shengli，et al. Neural Network Backstepping Control of Hydraulic Servo Position System［J］. Electric Machines and Control，2014，18(6)：108-115.
［10］YUAN H B，NA H C，KIM Y B. Robust MPC–PIC Force Control for an Electro-hydraulic Servo System with Pure Compressive Elastic Load［J］. Control Engineering Practice，2018，9：170-184.
［11］高志强. 自抗扰控制思想探究［J］.控制理论与应用，2013，30(12)：1498-1510.
Gao Zhiqiang. On the Foundation of Active Disturbance Rejection Control［J］. Control Theory and Applications，2013，30(12)：1498-1510.
［12］韩京清. 自抗扰控制器及其应用［J］. 控制与决策，1998，13(1)：19-23.
HAN Jingqing. Active Disturbance Rejection Controller and Its Applications［J］. Control and Decision，1998，13(1)：19-23.
［13］HAN J Q. Form PID to Active Disturbance Rejection Control［J］. IEEE Trans. Ind. Electron.， 2009，56(3)：900-906.
［14］GAO Z Q. Scaling and Bandwidth-parameterization Based Controller Tuning［C］∥Proceedings of the 2003 American Control Conference. Denver：IEEE，2003：4989-4996.
［15］LI J，QI X，XIA Y，et al.Frequency Domain Stability Analysis of Nonlinear Active Disturbance Rejection Control System［J］. ISA Transactions，2015，56：188-195.
［16］ZHANG B，TAN W，LI J. Tuning of Linear Active Disturbance Rejection Controller with Robustness Specification［J］. ISA Transactions，2019，85：237-246.
［17］刘福才，王立新，贾晓菁，等. 线性/非线性自抗扰切换控制在变载荷气动加载系统中的应用［J］. 机械工程学报，2018，54(12)：225-232.
LIU Fucai，WANG Lixin，JIA Xiaojing，et al. The Application of Linear/Nonlinear Active Disturbance Rejection Switching Control in Variable Load Pneumatic Loading System［J］. Journal of Mechanical Engineering，2018，54(12)：225-232.
［18］ALONGE F，CIRRINCIONE M，DIPPOLITO F，et al. Active Disturbance Rejection Control of Linear Induction Motor［J］. IEEE Transactions on Industry Applications，2017，53(5)：4460-4471.
［19］TAO Jin，SUN Qinglin，TAN Panlong，et a1. Active Disturbance Rejection Control(ADRC)-based Autonomous Homing Control of Powered Parafoils［J］. Nonlinear Dynamics，2016，86(3)：1461-1476.
［20］GAO B，SHAO J，YANG X. A Compound Control Strategy Combining Velocity Compensation with ADRC of Electro-hydraulic Position Servo Control System［J］. ISA Transactions，2014，53(6)：1910-1918.［21］王立新，赵丁选，刘福才，等. 电液比例位置同步线性自抗扰控制［J］. 控制理论与应用，2018，35(11)：1618-1625.
WANG Lixin，ZHAO Dingxuan，LIU Fucai，et al. Control Theory and Applications，2018，35(11)：1498-1510.
［22］WANG Chengwen，QUAN Long，ZHANG Shijie，et al. Reduced-order Model Based Active Disturbance Rejection Control of Hydraulic Servo System with Singular Value Perturbation Theory［J］.ISA Transactions，2017，67：455-465.
［23］ZHOU J，WEN C，ZHANG Y. Adaptive Output Control of Nonlinear Systems with Uncertain Dead-zone Nonlinearity［J］. IEEE Transactions on Automatic Control，2006，51(3)：504-511.

[1]	李浩, 刘欣荣, 刘仪沁, 范狄庆. 基于改进自抗扰控制的高空风机叶片打磨机器人被动柔顺控制方法研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(08): 1832-1841.
[2]	刘宇超1, 习毅1, 张宇效2, 戴巨川1, 贺乐君1, 夏虎强2. 基于缸径与流量匹配的高空作业平台飞臂液压系统节能设计[J]. 中国机械工程, 2025, 36(06): 1290-1299.
[3]	类兴茂1, 丁海港1, 2, 王思民3, 杨程程1, 庞智珍1. 基于自抗扰控制算法的负载敏感多路阀阀口压差精准调控[J]. 中国机械工程, 2025, 36(05): 954-962，973.
[4]	石龙, 周鹤翔, 李洲龙. 基于模糊线性自抗扰的薄壁件机器人铣削切深控制[J]. 中国机械工程, 2025, 36(04): 671-680.
[5]	陈重远, 陈珂, 刘浩, 欧阳小平, . 外肢体机器人驱动单元低速死区自适应补偿方法[J]. 中国机械工程, 2024, 35(01): 56-66.
[6]	贺青川, 刘慧, 潘骏, 陈文华. 基于电机运行状态的电静压伺服机构内泄漏检测方法[J]. 中国机械工程, 2023, 34(12): 1407-1414.
[7]	张俊鑫, 陈威, 黄斯凯, 吴海彬. 基于力位混合导向的工业机器人顺槽运动控制策略[J]. 中国机械工程, 2023, 34(06): 712-719，726.
[8]	陈东宁, 胡彦龙, 姚成玉, 王宽通, 马雷, . 多维动态贝叶斯网络及其重要度分析方法[J]. 中国机械工程, 2022, 33(19): 2340-2346.
[9]	庄可佳, 胡诚, , 代星, 浦栋麟, 丁汉. 基于修正滑移线场模型的倒棱刀具切削力预测[J]. 中国机械工程, 2021, 32(08): 890-906.
[10]	秦亚璐1,3;蔡伟1,3;王留根1,3;雷政2;赵静一1,3;王启明2. 500m口径球面射电望远镜电液促动器系统空化影响的数值研究[J]. 中国机械工程, 2021, 32(02): 171-179.
[11]	毛昊桢1;胡军科1;叶梦琪1;肖公平2. 乘人装置静液压驱动系统软启动设计与优化[J]. 中国机械工程, 2020, 31(24): 2997-3005.
[12]	杨俊1;黄书舟1;曾乐2. 大型起竖装备液压系统及其鲁棒切换控制策略[J]. 中国机械工程, 2019, 30(22): 2698-2703.
[13]	覃艳明;赵静一;马金玉;王建军. 八自由度机械臂的轨迹跟踪控制[J]. 中国机械工程, 2019, 30(22): 2741-2747,2756.
[14]	王荣林1;陆宝春1;侯润民1;高强1 ;张唯2;朱云3; 戴炼3. 交流伺服系统分数阶PID改进型自抗扰控制[J]. 中国机械工程, 2019, 30(16): 1989-1995.
[15]	翟富刚1;赵桂春1;魏立忠1;姚静1,2;李冬明3. 基于矩阵回路的锻造操作机能量回收及控制参数的设计方法[J]. 中国机械工程, 2019, 30(14): 1688-1695.

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