D0I:10.13374/i.issnl001t03.2008.03.020 第30卷第3期 北京科技大学学报 Vol.30 No.3 2008年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2008 X滤波自适应逆控制算法及在液压位置控制系统中的 应用 曲 蕾王京杨斌虎 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083 摘要针对非线性时变特性的液压位置伺服系统跟踪控制问题，基于自适应逆控制理论，提出X滤波液压位置自适应逆控 制策略。对传统自适应滤波算法在X滤波结构下的不足，提出变换域变步长归一化最小方差算法·采用该算法对液压伺服位 置系统进行了对象建模、在线逆建模及开环控制系统设计·仿真结果表明，X滤波液压位置自适应逆控制具有跟踪速度快、对 参数摄动鲁棒性强等良好动态特性 关键词液压位置系统：非线性时变特性：自适应逆控制：X滤波 分类号TP271.3 Filtered-X adaptive inverse control method and its application in hydraulic posi- tion servo system QU Lei,WANG Jing.YANG Binhu National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACI Aiming at the tracking control problem of hydraulic position servo systems with nonlinear timevarying feature,a de- sign method of filtered-X hydraulic position adaptive inverse control was presented based on adaptive inverse control.A transform do- main variable step"size normalized least mean square (NLMS)algorithm was provided to overcome the shortage of traditional adaptive filter algorithms for filtered-X structure.The algorithm was used to in plant modeling,inverse plant modeling and controller design for a hydraulic position adaptive system.Simulation result shows filtered-X hydraulic position adaptive inverse control has the good performances of speediness tracking and strong robust. KEY WORDS hydraulic position servo system:nonlinear timevarying feature;adaptive inverse control:filtered-X algorithm 热连轧自动厚度控制(AGC)系统中，通常以液 象级联，构成开环控制系统，使得动态响应控制和消 压自动位置控制(APC)作为反馈内环，但液压系统 除扰动控制分开进行互不影响，避免了反馈系统中 性能对温度较为敏感，系统油液温度变化，给液压刚 的弊端.本文采用自适应逆控制策略中的X滤波自 度、液压阻尼比、液压固有频率等系统参数带来随机 适应逆控制结构对液压位置系统进行控制：该结构 影响，加之外界扰动等因素，系统呈现不确定非线性 下可建立自适应对象模型变化的控制器，且控制器 时变特性，难以建立精确数学模型，使控制系统稳定 对对象模型和截断误差不敏感，可获得良好控制性 性和动态性能受到影响，最终影响热连轧带钢厚度 能.在此基础上，本文针对传统LMS滤波算法在X 的控制.Widrow在1986年基于信号处理提出自适 滤波自适应逆控制系统中的不足，提出变换域变步 应逆控制理论，使用自适应滤波方法辨识未知系统 长归一化最小方差算法(DCT一VSNLMS),采用该 和对象扰动集合去建立对象模型：基于对象模型建 算法在X滤波系统结构中对液压位置系统进行建 立对象逆模型，将逆模型作为前馈控制器与被控对 模、逆建模和控制系统设计，仿真结果表明，基于X 滤波的DCT一VSNLMS算法液压位置自适应逆控 收稿日期：2006-12-20修回日期：2007-05-09 制系统在被控对象具有非线性时变特性情况下，控 作者简介：曲蕾(1979-)，女，博士研究生：王京(1948一)，男， 制系统鲁棒性强，具有良好动态跟踪效果 教授，博士生导师X 滤波自适应逆控制算法及在液压位置控制系统中的 应用 曲 蕾 王 京 杨斌虎 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心‚北京100083 摘 要 针对非线性时变特性的液压位置伺服系统跟踪控制问题‚基于自适应逆控制理论‚提出 X 滤波液压位置自适应逆控 制策略．对传统自适应滤波算法在 X 滤波结构下的不足‚提出变换域变步长归一化最小方差算法．采用该算法对液压伺服位 置系统进行了对象建模、在线逆建模及开环控制系统设计．仿真结果表明‚X 滤波液压位置自适应逆控制具有跟踪速度快、对 参数摄动鲁棒性强等良好动态特性． 关键词 液压位置系统；非线性时变特性；自适应逆控制；X 滤波 分类号 TP271∙3 Filtered-X adaptive inverse control method and its application in hydraulic posi￾tion servo system QU Lei‚W A NG Jing‚Y A NG Binhu National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT Aiming at the tracking control problem of hydraulic position servo systems with nonlinear time-varying feature‚a de￾sign method of filtered-X hydraulic position adaptive inverse control was presented based on adaptive inverse control．A transform do￾main variable step-size normalized least mean square （NLMS） algorithm was provided to overcome the shortage of traditional adaptive filter algorithms for filtered-X structure．T he algorithm was used to in plant modeling‚inverse plant modeling and controller design for a hydraulic position adaptive system．Simulation result shows filtered-X hydraulic position adaptive inverse control has the good performances of speediness tracking and strong robust． KEY WORDS hydraulic position servo system；nonlinear time-varying feature；adaptive inverse control；filtered-X algorithm 收稿日期：2006-12-20 修回日期：2007-05-09 作者简介：曲 蕾（1979—）‚女‚博士研究生；王 京（1948—）‚男‚ 教授‚博士生导师 热连轧自动厚度控制（AGC）系统中‚通常以液 压自动位置控制（APC）作为反馈内环．但液压系统 性能对温度较为敏感‚系统油液温度变化‚给液压刚 度、液压阻尼比、液压固有频率等系统参数带来随机 影响‚加之外界扰动等因素‚系统呈现不确定非线性 时变特性‚难以建立精确数学模型‚使控制系统稳定 性和动态性能受到影响‚最终影响热连轧带钢厚度 的控制．Widrow 在1986年基于信号处理提出自适 应逆控制理论‚使用自适应滤波方法辨识未知系统 和对象扰动集合去建立对象模型；基于对象模型建 立对象逆模型‚将逆模型作为前馈控制器与被控对 象级联‚构成开环控制系统‚使得动态响应控制和消 除扰动控制分开进行互不影响‚避免了反馈系统中 的弊端．本文采用自适应逆控制策略中的 X 滤波自 适应逆控制结构对液压位置系统进行控制；该结构 下可建立自适应对象模型变化的控制器‚且控制器 对对象模型和截断误差不敏感‚可获得良好控制性 能．在此基础上‚本文针对传统 LMS 滤波算法在 X 滤波自适应逆控制系统中的不足‚提出变换域变步 长归一化最小方差算法（DCT—VSNLMS）‚采用该 算法在 X 滤波系统结构中对液压位置系统进行建 模、逆建模和控制系统设计．仿真结果表明‚基于 X 滤波的 DCT—VSNLMS 算法液压位置自适应逆控 制系统在被控对象具有非线性时变特性情况下‚控 制系统鲁棒性强‚具有良好动态跟踪效果． 第30卷 第3期 2008年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．3 Mar．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．03．020