Control de Retroalimentación de Salida de Válvula Electrohidráulica de Doble Válvula Basado en Sistemas de Observador de Estado Extendido de Estructura en Cascada con Compensación de Perturbaciones
Autores: Jia, Cunde; Li, Shaoguang; Kong, Xiangdong; Ma, Hangtian; Yu, Zhuowei; Ai, Chao; Jiang, Yunhong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Control de Retroalimentación de Salida de Válvula Electrohidráulica de Doble Válvula Basado en Sistemas de Observador de Estado Extendido de Estructura en Cascada con Compensación de Perturbaciones
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Maquinaria de construcción
Válvula electrohidráulica de doble bobina
Controlador de retroalimentación de salida
Observador de estructura en cascada
Control de alta precisión
Análisis de estabilidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
En la tendencia de desarrollo de maquinaria de construcción inteligente y de alto rendimiento, la válvula electrohidráulica de doble bobina, como un elemento de control central de nueva generación, afecta directamente la precisión de operación y el nivel de eficiencia energética de la maquinaria de construcción. El observador de estado extendido lineal estándar (LESO) produce picos relativamente serios a medida que aumenta el orden del sistema, lo que lleva a la degradación del rendimiento del observador y afecta la precisión del controlador. Para resolver este problema, este artículo propone de manera innovadora una estrategia de control por retroalimentación de salida para un observador de estructura en cascada para la válvula electrohidráulica de doble bobina. Este artículo diseña un controlador de retroalimentación de salida basado en el observador de estructura en cascada. El criterio de estabilidad exponencial uniforme (USE) garantiza que el error de seguimiento del observador para el estado del sistema esté acotado. La presión de carga esperada se construye en función de la trayectoria esperada para reemplazar la presión de carga real, evitando la influencia del acoplamiento no lineal entre la presión de carga y la señal de entrada en el sistema de control. Finalmente, se obtiene un controlador de retroalimentación de salida estable basado en el método de control por retroceso y el análisis de estabilidad de polinomios de Hurwitz. Este estudio aplica por primera vez el observador de estructura en cascada al campo del control de válvulas electrohidráulicas de doble bobina, proporcionando un nuevo marco teórico y un camino técnico para el control de alta precisión del sistema hidráulico de maquinaria de construcción. El análisis teórico muestra que, en comparación con el LESO estándar, el observador de estructura en cascada puede reducir significativamente la carga computacional en línea y suprimir efectivamente el fenómeno de picos, proporcionando una mayor capacidad de estimación. Finalmente, una gran cantidad de ejemplos de simulación verifican la efectividad y superioridad del controlador de retroalimentación de salida basado en el observador de estructura en cascada. En los cuatro escenarios de prueba, el error de seguimiento promedio de C1 (el controlador de retroalimentación de salida diseñado basado en el observador de estado extendido lineal de estructura en cascada) es de aproximadamente 5.1%, el error de seguimiento promedio de C2 (el controlador de retroalimentación de salida diseñado basado en el observador de estado extendido lineal de estructura estándar) es de aproximadamente 7.8%, y el error de seguimiento promedio de C3 (el controlador PID de alta ganancia) es de aproximadamente 19.2%. La precisión de control promedio del controlador C1 diseñado se mejora en un 2.7% y un 14.1% en comparación con C2 y C3, respectivamente. En términos de la estimación de perturbaciones externas, el error promedio de C1 es del 14% y el error promedio de C2 es del 29.6%. La precisión de estimación del primero se mejora en un 15.6% en comparación con el segundo.
Descripción
En la tendencia de desarrollo de maquinaria de construcción inteligente y de alto rendimiento, la válvula electrohidráulica de doble bobina, como un elemento de control central de nueva generación, afecta directamente la precisión de operación y el nivel de eficiencia energética de la maquinaria de construcción. El observador de estado extendido lineal estándar (LESO) produce picos relativamente serios a medida que aumenta el orden del sistema, lo que lleva a la degradación del rendimiento del observador y afecta la precisión del controlador. Para resolver este problema, este artículo propone de manera innovadora una estrategia de control por retroalimentación de salida para un observador de estructura en cascada para la válvula electrohidráulica de doble bobina. Este artículo diseña un controlador de retroalimentación de salida basado en el observador de estructura en cascada. El criterio de estabilidad exponencial uniforme (USE) garantiza que el error de seguimiento del observador para el estado del sistema esté acotado. La presión de carga esperada se construye en función de la trayectoria esperada para reemplazar la presión de carga real, evitando la influencia del acoplamiento no lineal entre la presión de carga y la señal de entrada en el sistema de control. Finalmente, se obtiene un controlador de retroalimentación de salida estable basado en el método de control por retroceso y el análisis de estabilidad de polinomios de Hurwitz. Este estudio aplica por primera vez el observador de estructura en cascada al campo del control de válvulas electrohidráulicas de doble bobina, proporcionando un nuevo marco teórico y un camino técnico para el control de alta precisión del sistema hidráulico de maquinaria de construcción. El análisis teórico muestra que, en comparación con el LESO estándar, el observador de estructura en cascada puede reducir significativamente la carga computacional en línea y suprimir efectivamente el fenómeno de picos, proporcionando una mayor capacidad de estimación. Finalmente, una gran cantidad de ejemplos de simulación verifican la efectividad y superioridad del controlador de retroalimentación de salida basado en el observador de estructura en cascada. En los cuatro escenarios de prueba, el error de seguimiento promedio de C1 (el controlador de retroalimentación de salida diseñado basado en el observador de estado extendido lineal de estructura en cascada) es de aproximadamente 5.1%, el error de seguimiento promedio de C2 (el controlador de retroalimentación de salida diseñado basado en el observador de estado extendido lineal de estructura estándar) es de aproximadamente 7.8%, y el error de seguimiento promedio de C3 (el controlador PID de alta ganancia) es de aproximadamente 19.2%. La precisión de control promedio del controlador C1 diseñado se mejora en un 2.7% y un 14.1% en comparación con C2 y C3, respectivamente. En términos de la estimación de perturbaciones externas, el error promedio de C1 es del 14% y el error promedio de C2 es del 29.6%. La precisión de estimación del primero se mejora en un 15.6% en comparación con el segundo.