非参数模型辨识在伺服阀控液压马达系统中的应用

　　0　前言

　　由于液压伺服系统普遍存在非线性,使用传统的机理建模方法难以建立准确的数学模型,也就不能准确地反应系统实际情况。而过程的输入输出数据一般 都是可以测量的,且过程的动态特性必然表现在试验结果数据之中,因此可通过系统非参数模型辨识的方法利用这些数据建立对象的数学模型。

　　系统的非参数模型辨识,可以采用脉冲响应法和相关分析法。脉冲分析法只有在信噪比很高的情况下下才有效。而实际的液压伺服系统中不可避免的会存 在噪声干扰,当噪声影响较大时,利用该方法所辨识的数学模型会存在较大的误差。在工程中,当输出数据含有噪声时,相关分析法是解决这类问题较为有效的方法^[1-2] 。

　　首先在非参数模型辨识中,利用抗噪声干扰能力较强的相关分析法辨识出了系统的脉冲响应曲线和阶跃响应曲线。并利用计算机仿真技术,把辨识的模型输出与系统的实测输出做了对比。

　　1　伺服阀控液压马达系统工作原理

　　阀控马达控制模块液压原理如图1所示[3]。电动机1带动主泵3通过过滤器2吸油,作为伺服阀的主油源;伺服阀7的输入电压信号为 -10~10V;加载泵10、单向阀桥11、比例溢流阀13以及补油泵12共同组成模拟负载部分。工作时加载泵10一直处于强制卸荷状态,通过改变比例溢 流阀的输入电压信号,可以使马达8获得不同的负载,通过实时调节伺服阀7的输入电压信号可以改变阀芯位移,使马达8进油腔的流量保持不变,以此来获得恒定 的转速。

　　2　伺服阀控液压马达系统的相关分析辨识

　　2·1　W iener-Hoph方程

　　根据相关函数的定义,若输入信号x(t)为一个平稳随机过程,则输出与输入之间的互相关函数Rxy(τ)为[4]

　　由此可知,利用对象的输入输出数据,计算出它们的自相关函数和互相关函数,即可利用W iener-Hoph方程求出对象的脉冲响应函数。

　　若系统的输入为δ(t)函数,因δ(t)函数只作用于t=0时刻,系统其他时刻的输入为0,所以系统的输出从t=0开始的脉冲响应函数为g(t)。如果采样间隔为Δt,设系统可用n阶差分方程表示,则

　　2·2　相关分析法辨识

　　2·2·1　信号的选择与数据预处理

　　试验系统的控制元件为伺服阀,其正常的工作电压范围为-10~10V,但根据运行经验,低幅值信号更有利于控制,确定阀的输入信号(M序列)幅值为±1·5V。为了便于分析,需要滤去初始条件恒值信号产生的输出,得到如图2的处理后的输出信号。