基于分数阶梯度下降的液压缸模型参数辨识及补偿方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115857324A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211216914.2(22)申请日2022.09.30(71)申请人长江师范学院地址408100重庆市涪陵区聚贤大道16号(72)发明人胡建兵曾金全(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200专利代理师周科技(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书3页说明书6页附图2页(54)发明名称基于分数阶梯度下降的液压缸模型参数辨识及补偿方法(57)摘要本发明公开了一种基于分数阶梯度下降的液压缸模型参数辨识及补偿方法，分析液压缸输入输出特性，构建液压缸输入输出模型；根据最小方差准则建立参数误差和系统估计误差综合评价函数，利用正定二次型函数的分数阶微分性质建立了参数辨识规则实现参数辨识；根据建立的模型设计了补偿方法。本发明提出的分数阶梯度下降参数辨识方法参数辨识快、受干扰影响小、易于收敛、具有更高的建模精度、补偿效果更优；有利于将液压缸应用于高精度运动控制系统，运动更平稳，控制精度更高。CN115857324ACN115857324A权利要求书1/3页1.一种基于分数阶梯度下降的液压缸模型参数辨识及补偿方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：建立液压缸输入输出关系；建立液压缸输入输出非线性函数关系；对非线性函数进行离散化；步骤2：建立当前输出与历史输出和历史输入的关系；将历史输入、历史输出以及参数信息用矢量表示；步骤3：分别建立输出与历史输入和历史输出的代价函数；对代价函数进行分数阶差分，建立未知参数辨识规则；步骤4：实时采集液压缸输入输出数据，利用辨识规则进行参数辨识，得到液压缸非线性连续模型；根据预期的输出，利用模型反求出最优控制输入，实现液压缸非线性补偿。2.根据权利要求1所述的液压缸模型参数辨识及补偿方法，其特征在于：步骤1中建立液压缸输入输出关系；根据当前时刻t的执行机构状态控制电机转角θ(t)，通过电机转角θ(t)控制三通阀，利用三通阀不同开关状态以及开度控制活塞杆位移s(t)，实现执行机构运动方向及速度的改变；根据非线性系统特性，建立液压缸输入输出非线性函数：h2(t)*s(t)＝h1(t)*θ(t)+d(t)(1)其中h1(t)表示系统输入即电机转角θ(t)对输出的影响，h2(t)表示历史输出的影响，符号*代表卷积运算；根据非线性系统特性有h2(0)＝1；s(t)表示活塞杆位移，d(t)表示外界扰动；对上式进行离散化得到：h2(n)*s(n)＝h1(n)*θ(n)+d(n)(2)其中n＝[t/T]，T为离散采样间隔时间，[t/T]表示对t/T圆整，s(n)＝s(nT)表示s(t)的离散采样，h1(n)＝h1(nT)表示h1(t)的离散采样，h2(n)＝h2(nT)表示h2(t)的离散采样，d(n)＝d(nT)表示d(t)的离散采样，θ(n)＝θ(nT)表示θ(t)的离散采样。3.根据权利要求2所述的液压缸模型参数辨识及补偿方法，其特征在于：步骤2中建立当前输出与历史输出和历史输入的关系；将历史输入、历史输出以及参数信息用矢量表示；具体包括：设h1(n),h2(n)长度分别为n1,n2，对公式(2)化简得到：将活塞杆位移s(n)用历史输入和历史输出表示：将公式(4)用向量表示：其中矢量p1,p2分别表示系统输入对输出的影响参数信息和历史输出影响参数信息，矢2CN115857324A权利要求书2/3页量Φ1(n),Φ2(n)分别表示历史输入和输出信息。4.根据权利要求3所述的液压缸模型参数辨识及补偿方法，其特征在于：步骤3中分别建立输出与历史输入和历史输出的代价函数；对代价函数进行分数阶差分，建立未知参数辨识规则；具体为：首先，引入中间变量：定义代价函数：对公式(10)和公式(11)分别求离散分数阶差分：其中αi表示差分阶次，0<αi<1,i＝1,2，表示对ci(n)进行Caputo的αi阶差分，其定义为其中s表示自变量，Γ()表示Gamma函数；代价函数约束条件下参数最优估计，设计参数辨识算法使公式(10)和公式(11)的代价函数最小，即历史信息、控制输入对系统输出估计偏差最小；当恒成立时代价函数最小，实现最优参数辨识。5.根据权利要求4所述的液压缸模型参数辨识及补偿方法，其特征在于：设计参数辨识规则如下：其中ε1,ε2表示参数学习速率；利用分数阶差分性质验证设计的参数辨识规则是否满足代价函数收敛条件，所述收敛条件为和恒成立；分数阶差分性质表示如下：根据参数辨识规则，得到参数迭代规则：3CN115857324A权利要求书3/3页以采样间隔T实时采集液压缸输入输出数据，利用设计的辨识规则进行参数辨识，得到离散化模型的参数；根据离散化模型即