近日，航空航天学院郭庆教授在自动控制权威期刊Automatica上发表题为“Parametric adaptive control of single-rod electrohydraulic system with block-strict-feedback model（基于块状严格反馈模型的单作用杆电液系统参数自适应控制方法）”的研究论文。郭庆教授为论文第一作者，英国曼彻斯特大学电力电子工程学院控制系统中心丁正桃教授为该论文的共同作者，北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院左宗玉副教授为该论文的通讯作者，第一作者单位为电子科技大学。

图1 单作用杆电液伺服执行器参数自适应控制算法原理

图2 单作用杆电液伺服执行器系统试验平台

图3 单作用杆电液伺服执行器对应的参数自适应控制仿真结果

图4 单作用杆电液伺服执行器对应的模型等效降阶控制仿真结果

图5 参数自适应控制与模型等效降阶控制两种算法对应的比较试验结果

　　在该研究成果中，作者拓展了电液伺服控制领域知名专家、美国普渡大学机械工程学院姚斌教授在2000年发表的经典文献（Yao, B., Bu, F., Reedy, J., & Chiu, G. T. C. Adaptive robust motion control of single-rod hydraulic actuators theory and experiments. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2000, 5(1): pp. 79–91, SCI引用364次）中提出的一个非对称液压执行器普适性观点，即非对称液压缸（也叫单作用杆液压缸）理论模型存在一个未知的内部动态，其输出的负载压强由左右两腔的压强变化共同决定，可以对模型进行等效降阶1维，但是不能实现状态变量的消元。而对称液压缸（也叫双作用杆液压缸）的理论模型相对简单，可以同时实现模型的降阶和状态变量的消元。因此，非对称液压执行器的动态模型是一个纯反馈系统(pure-feedback system)，含有1个冗余变量并且控制量与系统状态变量没有分离，不能简单等效为一般的严格反馈系统(strict-feedback system)，也就是说不能直接利用反步迭代（backstepping iteration）方法来实现控制算法设计。

近20年以来，国内外相关学者在处理非对称液压缸的理论模型上，都是采用先将液压缸左右两腔的压强等效为输出负载压强，从而实现4阶系统模型降维为3阶，并利用反步迭代来设计控制算法。但是该3阶模型中除了含有3个系统状态变量（液压缸位置、速度、等效负载压强）外，仍然存在冗余变量（液压缸左右两腔的压强）无法处理成系统状态变量，同时也含有关于控制量的符号函数。针对这个困扰学者已久的瑕疵问题，作者在论文引理1中，利用中值定理（Mean Value Theorem）证明了非对称液压执行器可以从理论上转换为块状严格反馈结构形式，建立了一种崭新的非降阶电液伺服模型框架，既避免了模型等效降阶带来的无法消元的隐患，同时也解决了控制量与系统状态变量分离的问题。利用这个块状严格反馈模型，针对液压参数不确定和外负载扰动等因素，采用了基于预定性能约束的参数自适应控制技术来提升非对称电压伺服系统的输出位置响应性能。通过仿真和试验比较，本文提出的基于块状严格反馈参数自适应反步控制算法比采用模型等效降阶之后的控制算法有更优越的动态和稳态输出性能。

　　Automatica是国际自动控制联合会(IFAC-International Federation of Automatic Control)的旗舰期刊，也是自动控制领域公认的权威期刊，目前属于中科院JCR一区，对自动控制理论的先进性要求很高，同时也部分收录控制应用领域的创新成果。

　　郭庆教授主要研究方向为电液伺服控制、外骨骼机器人，近五年来主持和参与国家自然基金、省部级等科研项目10余项，发表论文26篇，1篇论文入选ESI高被引，并在国际出版社CRC Press, Taylor & Francis出版英文专著1部，授权发明专利5项，作国际会议分会场特邀报告1次，获最佳口头报告奖1次，担任ICAYS2017、CSAA/IET2018、ICIUS2019、ICMME2019、2018全国流体传动与控制会议等国际国内会议分会场主席。

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　　论文链接：

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005109820300054