电液伺服泵的分数阶无抖振滑模控制

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1、2016年8月第42卷第8期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsAugust2016V01．42No．8http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0495电液伺服泵的分数阶无抖振滑模控制杨荣荣1，付永领1’+，王岩2，(1．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100083；王德义1，郭建文1，张玲12．北京航空航天大

2、学交通科学与工程学院，北京100083)摘要：电液伺服泵(IEHSP)由于在结构上实现了伺服电机和液压泵共转子、共壳体高度融合，在体积、噪声和效率等方面具有明显优势，具有很好的应用前景。为了提高电液伺服泵的调速性能与抗扰能力，设计了一种新型分数阶滑模控制器(NFOSMC)。首先，由于分数阶微积分理论的引入，控制器为系统提供了更多的控制余度。然后，针对传统滑模控制中存在的抖振问题，通过设计使控制器中直接包含有切换项的分数阶积分项，利用其滤波特性可以有效滤除抖振，实现无抖振滑模控制。同时利用Lyapunov稳定性定理证

3、明了控制器可以保证系统在存在内扰与外扰时能够在有限时间内收敛于平衡点，另外控制器中避免了含有高阶分数阶微分项，扩大了分数阶阶数的取值范围。为了进一步提高抗扰能力，设计了分数阶扰动观测器(FODOB)，对系统内扰和外扰实时观测并补偿，有效提高了控制器的响应速度和刚度。最后，分别与PI控制、整数阶滑模控制器(IOSMC)和传统分数阶滑模控制器(CFOSMC)进行了仿真分析比较，结果表明该控制器能够有效改善速度跟踪性能和增强抗扰能力，消抖效果显著。关键词：电液伺服泵(IEHSP)；分数阶；滑模控制；无抖振；扰动观测器中图

4、分类号：TP273；THl37文献标识码：A文章编号：1001-5965(2016)08—1649-10电液伺服泵(IntegratedElectro—HydraulicSer-voPump，IEHSP)是一种将伺服电机和液压泵共转子、共壳体进行高度融合的新型液压动力装置，其摒弃了传统电机一泵组采用联轴器连接的三段式连接方式，因此在体积、工作噪声以及效率等方面具有很大的优势¨。。由于伺服电机和液压泵的种类有多种，融合而成的电液伺服泵自然也有多种形式。本文研究对象为永磁同步伺服电机和轴向柱塞泵融合而成的电液伺服泵，其

5、可以被广泛应用在注塑机行业的流量、压力控制，舰船、飞机电静液作动的位置控制等高伺服控制场合，此时电液伺服泵的速度控制性能往往成为整个控制系统的关键。单就永磁同步伺服电机来看，其本身就具有多变量、强耦合和非线性的特点，而对于电液伺服泵，电机被融合在一个特殊的环境中，如定转子之间为油隙而非气隙，随着转速的变化会受到因此而产生的阻尼转矩的扰动，另外由于电机处在一个密闭的腔体中，如果散热不好，会造成电机电磁特性更加易变，控制难度增大，因此需寻求速度控制精度高、鲁棒性更强的新型控制策略。滑模控制是一种应对系统不确定性和扰动的

6、有效方法，但是滑模控制存在固有的抖振问题，如何降低抖振成为滑模控制中的热点研究问题。现有的常用消抖方法有边界层法∽j、高阶滑模控制法¨1和趋近律法"1等，这些方法都存在或多或少的不足，如边界层法在边界层内不具有鲁棒性且存在收稿日期：2015-07—23；录用日期：2015-08-17；网络出版时间：2015-10-1915：20网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20151019．1520．007．html基金项目：国家自然科学基金(51375029)十通讯作者：Te

7、l．：010-82317307E—mail：fuyongling@126．com引用格式：杨荣荣，付永领，王岩，等．电液伺服泵的分数盼元抖振滑模控制fJJ．北京航空航天大学学报，2016，42f8)：1649—1658．YANGRR，FUYL，WANGy，eta1．Free-chatteringfractionalorderslidingmodecontrolofintegratedelectro-hydraulicservopumpfJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauti

8、csandAstronautics，2016，42(8)：1649-1658(inChinese)．1650北京航空航天大学学报2016年稳态误差，而高阶滑模控制需要利用微分器估计滑模面的高阶微分，造成计算复杂。近年来，随着分数阶微积分理论的不断完善与成熟，分数阶微积分已经逐渐被应用到控制工程领域。将分数阶微积分理论同传统滑模控制策略相结合构成分数阶滑模控制