常规的重载液压机械臂运动高精度控制方法主要使用CANopen分布式通信架构生成控制指令,易受可变工况失稳影响,导致控制轨迹坐标与规划轨迹坐标不拟合,因此,研究一种基于前馈补偿的重载液压机械臂运动高精度控制方法。辨识重载液压机械臂运动控制参数,利用前馈补偿生成了液压机械臂运动高精度控制方程,从而完成了重载液压机械臂运动高精度控制。实例分析结果表明,设计的重载液压机械臂运动前馈补偿高精度控制方法应用下控制轨迹坐标与规划轨迹坐标较拟合,证明设计方法的控制效果较好,具有可靠性,能够为提高重载液压机械臂运动效率,降低作业难度作出重要贡献。

液压机械传动装置(hydro-mechanical transmission,HMT)是一种机-液耦合的强非线性系统,在换段过程中存在外界负载扰动和建模误差等因素影响其换段品质。该研究在分析HMT组成及工作原理的基础上,建立了HMT换段过程动力学模型和线性二次型控制模型,提出一种基于扰动前馈补偿的换段离合器控制方法,借助扰动观测器估计HMT换段过程的总扰动,将扰动补偿增益引入控制器的前馈项,实现扰动前馈补偿,并设计了抑制换段过程扰动的控制器。仿真结果表明,与未采用扰动前馈补偿控制相比,扰动前馈补偿控制的扰动值最大降低了48.9%、冲击度降低了27.8%、滑摩功减少了29.6%、换段时间减少了15.3%。最后通过试验验证了所提方法在快速处理换段过程扰动的同时,可较好地提升HMT的换段品质。研究结果可为液压机械传动装置的工程应用提供参考。

排缆机构是海洋绞车重要的组成部分,其能否精确运行关系到缆绳是否能紧密且整齐的排列到绞车卷筒上。分析了某海洋绞车的排缆工况和需求,设计了基于比例换向阀控制的液压马达驱动的排缆机构,在此基础上对排缆系统PID控制算法易导致的问题进行了分析研究,提出了基于前馈补偿的PI控制算法,并利用软件建立了整套排缆系统的模型,且进行了仿真研究。仿真结果表明,采用这种控制算法时排缆机构能根据绞车的运行工况进行精确地排缆,控制精度高,系统稳定性好,取得很好的排缆效果。

针对液压机械传动装置(Hydraulic Mechanical Continuously Variable Transmission,HMCVT)在阶跃负载扰动、变速器输入转速扰动的影响下所引起的输出转速波动问题,以分矩汇速式液压机械传动装置中的泵-马达系统为研究对象,以系统稳速输出为控制目标,提出一种基于扰动补偿的模糊自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)方法。该方法采用模糊控制理论对自抗扰控制中的非线性误差反馈系数进行在线整定,利用扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)对系统总扰动进行实时观测,并通过前馈控制调节电-液比例阀阀芯位移来补偿变量泵斜盘摆角,最终实现HMCVT稳速控制。仿真结果表明,相比于传统PID控制,采用模糊自抗扰控制的液压机械传动装置在外负载和输入转速突变时,变量泵斜盘抖振幅度更小,系统稳速输出响应时间更短,抗扰动能力更强。

电液位置伺服系统的阻尼比较低,造成电液位置伺服系统响应速度慢及跟踪性能较差。为解决此问题,提出一种模糊自适应控制与速度正反馈、加速度负反馈相结合的复合控制策略。通过速度正反馈来提高系统的开环增益,加速度负反馈提高阻尼比,从而提高系统动态响应速度并减小位置误差。利用前馈控制拓宽系统频宽,进一步减小位置跟踪误差。对传统PI控制、模糊PI控制、模糊PI复合控制算法下的系统响应性能进行仿真分析,结果表明:采用所提出的复合控制策略时,系统动态响应速度比模糊PI控制提高约76.9%,比传统PI控制提高约84.2%,其位置跟踪误差几乎为0。

液压系统是驱动盾构机刀盘转动的核心,由电动机、变量泵、变量马达等元件组成。盾构机作为目前地铁施工的主流设备,面对复杂多变的地质条件,刀盘容积调速系统如何减小由系统输入扰动导致的马达转速扰动,使刀盘稳定运行,是值得研究的关键问题。讨论了一种PID+前馈补偿控制方法,通过对系统数学模型的分析,建立了AMESim刀盘容积调速系统仿真模型,并通过实验得到了系统转速特性曲线。结果表明,PID+前馈补偿方法相比于常规PID控制方法,将马达转速的瞬

针对压电叠堆执行器输入电压与输出位移的动态迟滞特性,结合非对称静态Bouc-Wen迟滞模型,建立了压电叠堆执行器动态迟滞模型,并采用粒子群算法辨识出6个模型参数。为提高压电叠堆执行器动态位移输出精度,进一步推导出压电叠堆执行器迟滞逆模型,最终在此基础上对压电叠堆执行器进行前馈补偿研究。仿真与实验结果对比表明,在0~120V峰值电压与0~500Hz激励频率内,所建立的动态迟滞模型能够较好地描述与预测压电叠堆执行器的动态输出位移。前馈补偿实验研究结果表明,利用所建的迟滞逆模型补偿后,压电叠堆执行器的滞环减小,输出位移非线性度下降约3%。

虽然容积调速方法是一项传统内容，但在大力提倡节能环保的今天，由于它的节能特质，应该重新得到重视。基于泵变量调节或马达变量调节的液压容积调速系统，如果采用基于给定值的静态前馈补偿，可以很方便地确定前馈补偿控制律，进而实现静态前馈一反馈复合控制，针对不同的使用场合和控制要求。可以调整前馈和反馈控制器的权重，以获得最佳效果。采用这种控制方法，对于融合了变量泵调速和变量马达调速的宽范围液压容积调速系统，进行AMESim建模和仿真分析。结果表明，这一方法比常规PID方法具有更好的阶跃响应性能和正弦曲线跟踪性能。

在一些特殊的工程应用中，常采用蓄能器作为动力源为电液位置控制系统提供压力油。与传统的电液位置控制系统不同，当采用蓄能器供油时，蓄能器出口的油液压力会逐渐降低，而压力的变化会对系统的控制性能产生较大的影响。针对这种变压力油源的电液位置控制系统，搭建了以蓄能器为动力源的电液位置控制系统实验平台，并建立了严格数学模型。通过实验手段确定了蓄能器供油压力与排油体积的关系、以及基于LUGRE模型的精确的系统摩擦力模型，以便实现系统运动过程中的有效动态补偿。构建了一种基于PID控制器＋前馈补偿器＋模糊控制器联合作用的复合补偿控制器，有效地降低了系统工作过程中供油压力降低、摩擦力变化等因素对实际控制性能造成的影响。通过与传统控制方法的对比实验．验证了所提出的控制算法的有效性。

本文提出了一种利用电液负载仿真台舵机指令信号补偿多余力矩的前馈补偿方法，给出了补偿控制器的设计方法。仿真分析证明此方法可以有效克服多余力矩干扰中的各个组成分量。