本發(fā)明涉及液壓控制，尤其涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制器及其控制方法。該控制技術(shù)適用于高精度、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)比例閥，能夠在復(fù)雜、頻繁波動(dòng)的負(fù)載環(huán)境中顯著提升音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)比例閥的響應(yīng)速度、控制精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

背景技術(shù)：

1、液壓控制系統(tǒng)由于具備強(qiáng)勁的功率密度、快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，已廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、航空航天、精密制造等領(lǐng)域，其中音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)比例閥是實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)高動(dòng)態(tài)高精度控制的核心部件之一。音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥固有的非線性特性、負(fù)載波動(dòng)和外界擾動(dòng)等因素影響，導(dǎo)致閥芯運(yùn)動(dòng)控制響應(yīng)滯后、控制精度不高和閥芯位移過(guò)沖等問(wèn)題。傳統(tǒng)的線性控制方法，如pid控制，在復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境中難以兼顧穩(wěn)定性和精度要求。為此需要一種新的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制器及其算法，以提高音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥在復(fù)雜工況下的控制精度。

2、自抗擾控制通過(guò)實(shí)時(shí)觀測(cè)和補(bǔ)償系統(tǒng)擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)未知外界擾動(dòng)和比例閥內(nèi)部非線性的有效控制，但在快速動(dòng)態(tài)指令下，自抗擾控制器可能會(huì)出現(xiàn)響應(yīng)滯后或控制過(guò)沖現(xiàn)象；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備對(duì)非線性系統(tǒng)自學(xué)習(xí)和建模能力，可有效適應(yīng)比例閥特性的變化，但其獨(dú)立應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速調(diào)節(jié)；信號(hào)預(yù)處理算法可將控制指令平滑化，減少控制過(guò)程中指令突變對(duì)閥芯控制的沖擊，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，，本發(fā)明提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制器及其控制方法。該控制器及控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的閥芯位置控制、快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和出色的抗擾性能。

2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制方法，其包括如下步驟：

4、s1、獲得被控音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥的目標(biāo)控制信號(hào)，對(duì)目標(biāo)控制信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，將目標(biāo)控制信號(hào)處理為包含加速階段、恒速階段、減速階段的平滑目標(biāo)位移控制曲線；

5、s2、實(shí)時(shí)獲取被控音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥的閥芯位移，將閥芯位移信號(hào)與s1處理得到的平滑目標(biāo)位移輸入信號(hào)進(jìn)行作差，計(jì)算出實(shí)時(shí)誤差信號(hào)；

6、s3、基于音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥的當(dāng)前工作狀態(tài)，控制器模塊利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲得自抗擾控制器的反饋增益參數(shù)和擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的工作參數(shù)；

7、s4、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器根據(jù)s3得到的工作參數(shù)，輸出當(dāng)前系統(tǒng)的總擾動(dòng)估計(jì)值；

8、s5、基于實(shí)時(shí)誤差信號(hào)，總擾動(dòng)估計(jì)值和反饋增益參數(shù)，控制器模塊采用自抗擾控制器對(duì)實(shí)時(shí)誤差信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，輸出控制指令驅(qū)動(dòng)所述音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥。

9、本發(fā)明還提供了一種實(shí)施所述方法的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制系統(tǒng)，其包括:

10、目標(biāo)控制信號(hào)預(yù)處理模塊，用于對(duì)目標(biāo)控制信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，得到平滑目標(biāo)位移控制曲線；

11、閥芯位移傳感器，實(shí)時(shí)獲取被控音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥的閥芯位移；

12、實(shí)時(shí)誤差計(jì)算單元，將閥芯位移信號(hào)與平滑目標(biāo)位移輸入信號(hào)進(jìn)行作差，計(jì)算出實(shí)時(shí)誤差信號(hào)；

13、控制器模塊，利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲得自抗擾控制器的反饋增益參數(shù)和擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的工作參數(shù)；

14、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，根據(jù)控制器模塊得到的工作參數(shù)，輸出當(dāng)前系統(tǒng)的總擾動(dòng)估計(jì)值；

15、自抗擾控制器，基于實(shí)時(shí)誤差信號(hào)，總擾動(dòng)估計(jì)值和反饋增益參數(shù)，對(duì)實(shí)時(shí)誤差信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，輸出控制指令驅(qū)動(dòng)所述音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果有：

17、(1)本發(fā)明對(duì)目標(biāo)控制信號(hào)作了平滑預(yù)處理，預(yù)處理后的目標(biāo)控制信號(hào)，避免系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)沖；

18、(2)本發(fā)明采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自抗擾控制和信號(hào)預(yù)處理相結(jié)合的控制方法，通過(guò)信號(hào)預(yù)處理，使控制指令更平滑，減緩了指令突變帶來(lái)的沖擊，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)自抗擾算法參數(shù)的實(shí)時(shí)自整定，提高了音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥高精度高響應(yīng)位置控制的環(huán)境適應(yīng)性和魯棒性。

技術(shù)特征：

1.一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制方法，其特征在于，所述平滑目標(biāo)位移控制曲線為時(shí)間與閥芯目標(biāo)位移的關(guān)系曲線，包括加速階段、恒速階段、減速階段；

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制方法，其特征在于，所述平滑目標(biāo)位移控制曲線采用下式表示：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制方法，其特征在于，s2中，通過(guò)lvdt傳感器獲取被控音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥的閥芯位移信號(hào)，對(duì)獲得的閥芯位移信號(hào)后采用自適應(yīng)卡爾曼濾波和滑動(dòng)均值濾波進(jìn)行處理，以減少噪聲和瞬態(tài)干擾，確保反饋信號(hào)的高精度傳輸。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制方法，其特征在于，s3中，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型基于音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥當(dāng)前的閥芯位移、閥芯速度及閥芯加速度信號(hào)，實(shí)時(shí)調(diào)整自抗擾控制器的反饋增益和擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器參數(shù)；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制方法，其特征在于，s4中，擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥的擾動(dòng)、非線性動(dòng)態(tài)特性和未建模誤差進(jìn)行估計(jì)，擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的輸出為估計(jì)的總擾動(dòng)，定義如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制方法，其特征在于，s5中，自抗擾控制器根據(jù)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的擾動(dòng)估計(jì)結(jié)果，將實(shí)時(shí)誤差信號(hào)通過(guò)非線性反饋公式進(jìn)行調(diào)整：

8.一種實(shí)施權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制系統(tǒng)，其特征在于包括:

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自抗擾控制的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥控制器及其控制方法，所述控制器包括目標(biāo)控制信號(hào)預(yù)處理模塊、閥芯位移傳感器、實(shí)時(shí)誤差計(jì)算單元、控制器模塊、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和自抗擾控制器。本發(fā)明對(duì)目標(biāo)控制信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，得到平滑目標(biāo)位移控制曲線，避免系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)沖；本發(fā)明采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自抗擾控制和信號(hào)預(yù)處理相結(jié)合的控制方法，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)自抗擾算法參數(shù)的實(shí)時(shí)自整定，提高了音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥高精度高響應(yīng)位置控制的環(huán)境適應(yīng)性和魯棒性。針對(duì)不同工況對(duì)自抗擾算法設(shè)定參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)整定；通過(guò)自抗擾控制實(shí)時(shí)觀測(cè)和補(bǔ)償系統(tǒng)擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥主閥芯的精確位置控制。

技術(shù)研發(fā)人員：朱愷,王學(xué)國(guó),張鶴,趙春曉,季清華,張斌,曹會(huì)杰,陳威,王謙
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15