本发明公开了一种针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法及系统。所述补偿方法包括获取阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗、阀控缸力阻抗控制系统数学模型以及阀控缸伺服缸参数；根据所述外环阻抗确定补偿控制策略；根据所述阀控缸伺服缸参数对所述阀控缸力阻抗控制系统数学模型进行简化分离，确定所述阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数；根据所述补偿控制策略以及多个所述传递函数确定补偿控制器；根据所述补偿控制器对所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗进行补偿，确定补偿后的外环阻抗；采用本发明所提供的补偿方法及系统能够提高高集成性阀控缸力阻抗控制系统的控制精度，改善了传统力阻抗控制系统的鲁棒性，且具有很好的工程实用性。
1.一种针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法，其特征在于，包括：获取阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗、阀控缸力阻抗控制系统数学模型以及阀控缸伺服缸参数；所述阀控缸伺服缸参数包括进油腔容积、回油腔容积、负载刚度、伺服缸的左腔压力、伺服缸的右腔压力、阀控缸力阻抗控制系统回油压力以及伺服缸有效活塞面积；
根据所述阀控缸伺服缸参数对所述阀控缸力阻抗控制系统数学模型进行简化分离，确定所述阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数；
根据所述补偿控制策略以及多个所述传递函数确定补偿控制器；
根据所述补偿控制器对所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗进行补偿，确定补偿后的外环阻抗。
2.根据权利要求1所述的针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法，其特征在于，所述根据所述外环阻抗确定补偿控制策略，具体包括：根据所述外环阻抗，确定所述外环阻抗对应的内环的期望力；
根据所述输入力对所述外环阻抗进行补偿，确定新的外环阻抗；
在所述新的外环阻抗的作用下，将所述外环阻抗对应的内环的期望力转换为所述新的外环阻抗对应的内环的期望力；
在所述新的外环阻抗对应的内环的期望力的作用下，使得所述阀控缸力阻抗控制系统的输出力等于所述外环阻抗对应的内环的期望力，确定补偿控制策略。
3.根据权利要求2所述的针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法，其特征在于，所述根据所述阀控缸伺服缸参数对所述阀控缸力阻抗控制系统数学模型进行简化分离，确定所述阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数，具体包括：根据公式
以及 确定所述阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数；其中，
G1(s)、G2(s)以及Gx(s)为所述阀控缸力阻抗控制系统的传递函数；Kaxv为伺服阀增益；Ap为伺服缸有效活塞面积；mt为折算到伺服缸活塞上总质量，包括负载、活塞、位移传感器、力传感器、连接管道和伺服缸内油液的折算质量和；s为拉氏算子；Bp为负载阻尼；K为负载刚度；
益；ps为阀控缸力阻抗控制系统供油压力；p1为伺服缸的左腔压力；p2为伺服缸的右腔压力；
p0为阀控缸力阻抗控制系统回油压力；xv为伺服阀阀芯位移；V1为进油腔容积；V2为回油腔容积；βe为有效体积弹性模量；ω为伺服阀的固有频率；ζ为伺服阀阻尼比；Cip为伺服缸的内泄漏系数。
4.根据权利要求3所述的针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法，其特征在于，所述根据所述补偿控制策略以及多个所述传递函数确定补偿控制器，具体包括：根据公式
确定补偿控制器；其中，GMVIPC(s)为补偿控制器；Z′D为新的外环阻抗；ZD为所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗；KF为力传感器增益；GPID(s)为PID控制器；XL为干扰位置；Fr为输入力。
5.一种针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿系统，其特征在于，包括：参数获取模块，用于获取阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗、阀控缸力阻抗控制系统数学模型以及阀控缸伺服缸参数；所述阀控缸伺服缸参数包括进油腔容积、回油腔容积、负载刚度、伺服缸的左腔压力、伺服缸的右腔压力、阀控缸力阻抗控制系统回油压力以及伺服缸有效活塞面积；
补偿控制策略确定模块，用于根据所述外环阻抗确定补偿控制策略；
传递函数确定模块，用于根据所述阀控缸伺服缸参数对所述阀控缸力阻抗控制系统数学模型进行简化分离，确定所述阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数；
补偿控制器确定模块，用于根据所述补偿控制策略以及多个所述传递函数确定补偿控制器；
补偿后的外环阻抗确定模块，用于根据所述补偿控制器对所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗进行补偿，确定补偿后的外环阻抗。
6.根据权利要求5所述的针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿系统，其特征在于，所述补偿控制策略确定模块具体包括：外环阻抗对应的内环的期望力确定单元，用于根据所述外环阻抗，确定所述外环阻抗对应的内环的期望力；
输入力获取单元，用于获取输入所述阀控缸力阻抗控制系统的输入力；
新的外环阻抗确定单元，用于根据所述输入力对所述外环阻抗进行补偿，确定新的外环阻抗；
新的外环阻抗对应的内环的期望力确定单元，用于在所述新的外环阻抗的作用下，将所述外环阻抗对应的内环的期望力转换为所述新的外环阻抗对应的内环的期望力；
补偿控制策略确定单元，用于在所述新的外环阻抗对应的内环的期望力的作用下，使得所述阀控缸力阻抗控制系统的输出力等于所述外环阻抗对应的内环的期望力，确定补偿控制策略。
7.根据权利要求6所述的针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿系统，其特征在于，所述传递函数确定模块具体包括：传递函数确定单元，用于根据公式
阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数；其中，G1(s)、G2(s)以及Gx(s)为所述阀控缸力阻抗控制系统的传递函数；Kaxv为伺服阀增益；Ap为伺服缸有效活塞面积；mt为折算到伺服缸活塞上总质量，包括负载、活塞、位移传感器、力传感器、连接管道和伺服缸内油液的折算质量和；s为拉氏算子；Bp为负载阻尼；K为负载刚度；
k1和k2为压力流量非线性折算系数；Kd为微分增益；ps为阀控缸力阻抗控制系统供油压力；p1为伺服缸的左腔压力；p2为伺服缸的右腔压力；p0为阀控缸力阻抗控制系统回油压力；xv为伺服阀阀芯位移；V1为进油腔容积；V2为回油腔容积；βe为有效体积弹性模量；ω为伺服阀的固有频率；ζ为伺服阀阻尼比；Cip为伺服缸的内泄漏系数。
8.根据权利要求7所述的针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿系统，其特征在于，所述补偿控制器确定模块具体包括：补偿控制器确定单元，用于根据公式
控制器；其中，GMVIPC(s)为补偿控制器；Z′D为新的外环阻抗；ZD为所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗；KF为力传感器增益；GPID(s)为PID控制器；XL为干扰位置；Fr为输入力。
针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及流体传动与控制领域，特别是涉及一种用于液压驱动型足式机器人的针对高集成性阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法及系统。
背景技术
[0002] 阀控缸系统是液压系统中最为常用的组成形式之一，在航空航天、冶金、工程机械、农业机械、先进制造等领域有着广泛应用，而高集成性阀控缸作为更高功率密度的阀控缸结构，其在航空作动器、高性能足式机器人等应用对象上具有无可比拟的优势；但以上应用对象不同于传统的民用机械设备，其应具备杰出的控制性能，以保证其能在复杂的环境下具有很好的适应性，这使得高集成性阀控缸应具有轻量化、高响应等特点，同时关于高集成性阀控缸的结构设计优化和补偿控制方法的研究也更具有现实意义。
[0003] 足式机器人在实际运动过程中所使用的一种常用控制方法为阻抗控制，其控制目的是使机器人腿部关节具备一定的柔顺性，使机器人整条腿等效为一种具备期望刚度、阻尼和质量的二阶质量-弹簧-阻尼系统，该种控制方法已经成功应用于多个电机驱动的足式机器人领域中，如：Tekken、Scout、KOLT、MIT cheetahrobot、spotmini等。近年来，随着液压驱动的足式机器人逐渐成为研究热点，阻抗控制方法也应用在了这类机器人中，如：Bigdog，HyQ，Scalf-1，LWRrobot，StarlETH，Atlas等；传统的阻抗控制的基本实现原理都是以液压控制系统作为控制内环，当系统受到外干扰作用时，通过阻抗控制外环，对外干扰信号进行信号转换(通常情况下是位置与力之间的转换)以改变内环的输入，从而使系统实现阻抗参数；机器人行走在不同环境工况下时，腿部所需要实现的阻抗参数各不相同，如果机器人腿部不能实现期望的阻抗参数，那么势必会对其缓冲效果、步态、稳定性和行走速度等方面产生不利影响，所以机器人腿部阻抗控制的精度十分重要。
[0004] 但实际情况下，由于液压系统数学模型阶数较高，且具有固有的非线性、参数时变性、强耦合性以及负载复杂多变性，在多因素的共同作用下，导致传统的阻抗控制方法在液压系统中很难具有令人满意的控制精度，且抗干扰性能低。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法及系统，以解决传统的阻抗控制方法在液压系统中控制精度以及抗干扰性能低的问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0007] 一种针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法，包括：
[0008] 获取阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗、阀控缸力阻抗控制系统数学模型以及阀控缸伺服缸参数；所述阀控缸伺服缸参数包括进油腔容积、回油腔容积、负载刚度、伺服缸左腔压力、伺服缸右腔压力、回油压力以及伺服缸有效活塞面积；
[0009] 根据所述外环阻抗确定补偿控制策略；
[0010] 根据所述阀控缸伺服缸参数对所述阀控缸力阻抗控制系统数学模型进行简化分离，确定所述阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数；
[0011] 根据所述补偿控制策略以及多个所述传递函数确定补偿控制器；
[0012] 根据所述补偿控制器对所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗进行补偿，确定补偿后的外环阻抗。
[0013] 可选的，所述根据所述外环阻抗确定补偿控制策略，具体包括：
[0014] 根据所述外环阻抗，确定所述外环阻抗对应的内环的期望力；
[0015] 获取输入所述阀控缸力阻抗控制系统的输入力；
[0016] 根据所述输入力对所述外环阻抗进行补偿，确定新的外环阻抗；
[0017] 在所述新的外环阻抗的作用下，将所述外环阻抗对应的内环的期望力转换为所述新的外环阻抗对应的内环的期望力；
[0018] 在所述新的外环阻抗对应的内环的期望力的作用下，使得所述阀控缸力阻抗控制系统的输出力等于所述外环阻抗对应的内环的期望力，确定补偿控制策略。
[0019] 可选的，所述根据所述阀控缸伺服缸参数对所述阀控缸力阻抗控制系统数学模型进行简化分离，确定所述阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数，具体包括：
[0020] 根据公式以及 确定所述
阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数；其中，G1(s)、G2(s)以及Gx(s)为所述阀控缸力阻抗控制系统的传递函数；Kaxv为伺服阀增益；Ap为伺服缸有效活塞面积；mt为折算到伺服缸活塞上总质量，包括负载、活塞、位移传感器、力传感器、连接管道和伺服缸内油液的折算质量和；s为拉氏算子；Bp为负载阻尼；K为负载刚度；
k1和k2为压力流量非线性折算系数；Kd为微分
增益；ps为阀控缸力阻抗控制系统供油压力；p1为伺服缸的左腔压力；p2为伺服缸的右腔压力；p0为阀控缸力阻抗控制系统回油压力；xv为伺服阀阀芯位移；V1为进油腔容积；V2为回油腔容积；βe为有效体积弹性模量；ω为伺服阀的固有频率；ζ为伺服阀阻尼比；Cip为伺服缸的内泄漏系数。
[0021] 可选的，所述根据所述补偿控制策略以及多个所述传递函数确定补偿控制器，具体包括：
[0022] 根据公式
[0023] 确定补偿控制器；其中，GMVIPC(s)为补偿控制器；Z′D为新的外环阻抗；ZD为所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗；KF为力传感器增益；GPID(s)为PID控制器；XL为干扰位置；Fr为输入力。
[0024] 一种针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿系统，包括：
[0025] 参数获取模块，用于获取阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗、阀控缸力阻抗控制系统数学模型以及阀控缸伺服缸参数；所述阀控缸伺服缸参数包括进油腔容积、回油腔容积、负载刚度、伺服缸左腔压力、伺服缸右腔压力、回油压力以及伺服缸有效活塞面积；
[0026] 补偿控制策略确定模块，用于根据所述外环阻抗确定补偿控制策略；
[0027] 传递函数确定模块，用于根据所述阀控缸伺服缸参数对所述阀控缸力阻抗控制系统数学模型进行简化分离，确定所述阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数；
[0028] 补偿控制器确定模块，用于根据所述补偿控制策略以及多个所述传递函数确定补偿控制器；
[0029] 补偿后的外环阻抗确定模块，用于根据所述补偿控制器对所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗进行补偿，确定补偿后的外环阻抗。
[0030] 可选的，所述补偿控制策略确定模块具体包括：
[0031] 外环阻抗对应的内环的期望力确定单元，用于根据所述外环阻抗，确定所述外环阻抗对应的内环的期望力；
[0032] 输入力获取单元，用于获取输入所述阀控缸力阻抗控制系统的输入力；
[0033] 新的外环阻抗确定单元，用于根据所述输入力对所述外环阻抗进行补偿，确定新的外环阻抗；
[0034] 新的外环阻抗对应的内环的期望力确定单元，用于在所述新的外环阻抗的作用下，将所述外环阻抗对应的内环的期望力转换为所述新的外环阻抗对应的内环的期望力；
[0035] 补偿控制策略确定单元，用于在所述新的外环阻抗对应的内环的期望力的作用下，使得所述阀控缸力阻抗控制系统的输出力等于所述外环阻抗对应的内环的期望力，确定补偿控制策略。
[0036] 可选的，所述传递函数确定模块具体包括：
[0037] 传递函数确定单元，用于根据公式以及 确定所述
阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数；其中，G1(s)、G2(s)以及Gx(s)为所述阀控缸力阻抗控制系统的传递函数；Kaxv为伺服阀增益；Ap为伺服缸有效活塞面积；mt为折算到伺服缸活塞上总质量，包括负载、活塞、位移传感器、力传感器、连接管道和伺服缸内油液的折算质量和；s为拉氏算子；Bp为负载阻尼；K为负载刚度；
k1和k2为压力流量非线性折算系数；Kd为微分增益；ps为阀控缸力阻抗控制系统供油压力；p1为伺服缸的左腔压力；p2为伺服缸的右腔压力；p0为阀控缸力阻抗控制系统回油压力；xv为伺服阀阀芯位移；V1为进油腔容积；V2为回油腔容积；βe为有效体积弹性模量；ω为伺服阀的固有频率；ζ为伺服阀阻尼比；Cip为伺服缸的内泄漏系数。
[0038] 可选的，所述补偿控制器确定模块具体包括：
[0039] 补偿控制器确定单元，用于根据公式确定补偿
控制器；其中，GMVIPC(s)为补偿控制器；Z′D为新的外环阻抗；ZD为所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗；KF为力传感器增益；GPID(s)为PID控制器；XL为干扰位置；Fr为输入力。
[0040] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法及系统，对阀控缸力阻抗控制系统数学模型进行了简化，分离成多个传递函数，降低数学模型复杂度，并根据外环阻抗确定了补偿控制策略，本发明基于机理建模方法，通过改变阻抗参数，使干扰位置作用到阀控缸力阻抗控制系统产生新的期望力，当新的期望力输入到阀控缸力阻抗控制系统之后，阀控缸力阻抗控制系统新产生的输出力可以更接近于阻抗期望力，从而提高了高集成性阀控缸力阻抗控制系统的控制精度，极大地改善了传统力阻抗控制系统的鲁棒性，且具有很好的工程实用性。
附图说明
[0041] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042] 图1为本发明所提供的针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法流程图；
[0043] 图2为本发明所提供的外环阻抗补偿控制策略示意图；
[0044] 图3为本发明所提供的高集成性阀控缸力阻抗控制传递框图；
[0045] 图4为本发明所提供的图3简化的高集成性阀控缸力阻抗控制传递框图；
[0046] 图5为本发明所提供的加入补偿控制器后的力阻抗控制传递框图；
[0047] 图6为本发明所提供的针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿系统结构图。
[0048] 其中，ω——伺服阀的固有频率；ζ——伺服阀阻尼比； ——等效流量系数；Cd——流量系数；W——面积梯度；ρ——液压油的密度；ps——阀控缸力阻抗控制系统供油压力；p1——伺服缸的左腔压力；p2——伺服缸的右腔压力；p0——阀控缸力阻抗控制系统回油压力；L——伺服缸活塞总行程；L0——高集成性阀控缸伺服缸活塞初始位置；Cip——伺服缸的内泄漏系数；Cep——伺服缸的外泄漏系数；Ap——伺服缸有效活塞面积；
βe——有效体积弹性模量；mt——折算到伺服缸活塞上总质量，包括负载、活塞、位移传感器、力传感器、连接管道和伺服缸内油液以及其它动件的折算质量和；Fr——输入力；KF——力传感器增益；KPID——PID控制器增益；Kaxv——伺服阀增益；K——负载刚度；Bp——负载阻尼；XL——干扰位置；Xv——伺服阀阀芯位移；Xp——伺服缸活塞位移；Vg1——伺服阀与伺服缸进油管连接流道容积；Vg2——伺服阀与伺服缸回油管连接流道容积；Ff——摩擦力；
Q1——伺服缸左腔流量；Q2——伺服缸右腔流量；Fd——期望力；Fd′——新的期望力；Fp——伺服缸输出力；Fp′——伺服缸新的输出力；ZD——外环阻抗；Z′D——新的外环阻抗；GMVIPC(s)——变阻抗参数的补偿控制器。
具体实施方式
[0049] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050] 本发明的目的是提供一种针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法及系统，能够降低高集成性阀控缸力阻抗控制系统数学模型的阶数，提高控制精度以及抗干扰性能。
[0051] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0052] 图1为本发明所提供的针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法流程图，如图1所示，一种针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿方法，包括：
[0053] 步骤101：获取阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗、阀控缸力阻抗控制系统数学模型以及阀控缸伺服缸参数；所述阀控缸伺服缸参数包括进油腔容积、回油腔容积、负载刚度、伺服缸左腔压力、伺服缸右腔压力、回油压力以及伺服缸有效活塞面积等。
[0054] 步骤102：根据所述外环阻抗确定补偿控制策略。
[0055] 阀控缸力阻抗控制系统的高集成性阀控缸主要由力传感器、位移传感器、伺服阀和伺服缸四部分组成，其中位置传感器检测力阻抗控制系统所受的干扰位置XL，力传感器检测系统输出力Fp，用于实现力闭环控制。
[0056] 当高集成性阀控缸仅采用PID控制器时，力阻抗控制系统虽可以实现在不同输入信号下实现力跟随，但是在不同位置干扰信号下，力控鲁棒性较差，此时高集成性阀控缸所具有的力阻抗控制性能无法满足高精度和高鲁棒性的力伺服控制需求。究其原因，是因为液压系统的强非线性，参数时变性，油液可压缩性和负载复杂多变性等方面的因素，当系统存在未知且不可控的负载干扰时，力控制内环的控制精度较差，从而影响系统的整体阻抗控制性能。
[0057] 针对上述问题，本发明提供了外环阻抗参数补偿控制策略，如图2所示，通过对外环阻抗参数ZD进行补偿使之变为ZD′，从而干扰位置在ZD′的作用下，使内环的期望力Fd变为新期望力Fd′，在Fd′的作用下系统产生的输出力Fp′可以趋近于期望阻抗参数ZD产生的期望力Fd，从而提高了高集成性阀控缸力阻抗控制系统的性能。
[0058] 步骤103：根据所述阀控缸伺服缸参数对所述阀控缸力阻抗控制系统数学模型进行简化分离，确定所述阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数。
[0059] 图3为本发明所提供的高集成性阀控缸力阻抗控制传递框图，如图3所示，由此可知，阀控缸力阻抗控制系统数学模型非常复杂，且无法分离出系统各部分传递函数，所以需要对系统数学模型进行整理简化，经过简化的数学模型并没有改变模型的精度，只是分离出系统各部分传递函数，阀控缸力阻抗控制系统数学模型简化后不会影响控制效果，反而能够减轻运算程序，提高运行速度及控制精度；其中，图3中KPID为PID控制器增益；Vg1为伺服阀与伺服缸进油管连接流道容积；Vg2为伺服阀与伺服缸回油管连接流道容积；Ff为摩擦力；Q1为伺服缸左腔流量；Q2为伺服缸右腔流量；Xp为伺服缸活塞位移；L为伺服缸活塞总行程；
L0为高集成性阀控缸伺服缸活塞初始位置；Cep为伺服缸的外泄漏系数； 为等效流量系数；Cd为流量系数；W为面积梯度；ρ为液压油的密度；
[0060] 图4为本发明所提供的图3简化的高集成性阀控缸力阻抗控制传递框图，图4中系统传递函数G1(s)、G2(s)和Gx(s)如下所示：
[0061]
[0062]
[0063] 其中，G1(s)、G2(s)以及Gx(s)为所述阀控缸力阻抗控制系统的传递函数；Kaxv为伺服阀增益；Ap为伺服缸有效活塞面积；mt为折算到伺服缸活塞上总质量，包括负载、活塞、位移传感器、力传感器、连接管道和伺服缸内油液的折算质量和；s为拉氏算子；Bp为负载阻尼；K为负载刚度； k1和k2为压力流量非线性折算系数Kd为微分增益；ps为阀控缸力阻抗控制系统供油压力；p1为伺服缸的左腔压力；p2为伺服缸的右腔压力；p0为阀控缸力阻抗控制系统回油压力；xv为伺服阀阀芯位移；V1为进油腔容积；V2为回油腔容积；βe为有效体积弹性模量；ω为伺服阀的固有频率；ζ为伺服阀阻尼比；Cip为伺服缸的内泄漏系数。
[0064] 步骤104：根据所述补偿控制策略以及多个所述传递函数确定补偿控制器。
[0065] 图5为本发明所提供的加入补偿控制器后的力阻抗控制传递框图，如图5所示，Ⅰ、Ⅱ以及Ⅲ表示系统控制框图中的位置，Φ1′(s)为Ⅱ到Ⅰ的传递函数，其可表示为[0066]
[0067] 将上式做如下变换可得
[0068] Φ2(s)为Ⅱ到Ⅲ的传递函数，其可表示为
[0069]
[0070] Φ2(s)的误差传递函数为E2(s)，则其可表示为
[0071]
[0072] 为了使被控阀控缸力阻抗控制系统变为无误差的系统，需要Φ2(s)的误差传递函数E2(s)等于零，则可以得到新的阻抗参数ZD′：
[0073]
[0074] 则补偿控制器GMVIPC(s)可表示为
[0075]
[0076] 步骤105：根据所述补偿控制器对所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗进行补偿，确定补偿后的外环阻抗。
[0077] 本发明基于液压系统的强非线性，参数时变性，油液可压缩性和负载复杂多变性等方面的因素，基于机理建模的方法，提供了一种通过动态改变外环阻抗参数提高力控系统鲁棒性的补偿控制策略，通过动态的改变外环的阻抗参数，提高了高集成性阀控缸力阻抗控制系统的鲁棒性和控制精度；极大地改善了传统的力阻抗控制性能，且具有较好的工程实用性和多工况适应。
[0078] 图6为本发明所提供的针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿系统结构图，如图6所示，一种针对阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗补偿系统，包括：
[0079] 参数获取模块601，用于获取阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗、阀控缸力阻抗控制系统数学模型以及阀控缸伺服缸参数；所述阀控缸伺服缸参数包括进油腔容积、回油腔容积、负载刚度、伺服缸左腔压力、伺服缸右腔压力、回油压力以及伺服缸有效活塞面积。
[0080] 补偿控制策略确定模块602，用于根据所述外环阻抗确定补偿控制策略。
[0081] 所述补偿控制策略确定模块602具体包括：外环阻抗对应的内环的期望力确定单元，用于根据所述外环阻抗，确定所述外环阻抗对应的内环的期望力；输入力获取单元，用于获取输入所述阀控缸力阻抗控制系统的输入力；新的外环阻抗确定单元，用于根据所述输入力对所述外环阻抗进行补偿，确定新的外环阻抗；新的外环阻抗对应的内环的期望力确定单元，用于在所述新的外环阻抗的作用下，将所述外环阻抗对应的内环的期望力转换为所述新的外环阻抗对应的内环的期望力；补偿控制策略确定单元，用于在所述新的外环阻抗对应的内环的期望力的作用下，使得所述阀控缸力阻抗控制系统的输出力等于所述外环阻抗对应的内环的期望力，确定补偿控制策略。
[0082] 传递函数确定模块603，用于根据所述阀控缸伺服缸参数对所述阀控缸力阻抗控制系统数学模型进行简化分离，确定所述阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数。
[0083] 所述传递函数确定模块603具体包括：传递函数确定单元，用于根据公式以及确定所述阀控缸力阻抗控制系统的多个传递函数；其中，G1
(s)、G2(s)以及Gx(s)为所述阀控缸力阻抗控制系统的传递函数；Kaxv为伺服阀增益；Ap为伺服缸有效活塞面积；mt为折算到伺服缸活塞上总质量，包括负载、活塞、位移传感器、力传感器、连接管道和伺服缸内油液的折算质量和；s为拉氏算子；Bp为负载阻尼；K为负载刚度；
k1和k2为压力流量非线性折算系数；Kd为微分
增益；ps为阀控缸力阻抗控制系统供油压力；p1为伺服缸的左腔压力；p2为伺服缸的右腔压力；p0为阀控缸力阻抗控制系统回油压力；xv为伺服阀阀芯位移；V1为进油腔容积；V2为回油腔容积；βe为有效体积弹性模量；ω为伺服阀的固有频率；ζ为伺服阀阻尼比；Cip为伺服缸的内泄漏系数。
[0084] 补偿控制器确定模块604，用于根据所述补偿控制策略以及多个所述传递函数确定补偿控制器。
[0085] 所述补偿控制器确定模块604具体包括：补偿控制器确定单元，用于根据公式确定补偿控制器；其中，GMVIPC(s)为补偿控制器；Z′D为新的外环阻抗；ZD为所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗；KF为力传感器增益；GPID(s)为PID控制器；XL为干扰位置；Fr为输入力。
[0086] 补偿后的外环阻抗确定模块605，用于根据所述补偿控制器对所述阀控缸力阻抗控制系统的外环阻抗进行补偿，确定补偿后的外环阻抗。
[0087] 本发明极大地改善了传统力阻抗控制系统的鲁棒性，且具有较好的工程实用性。
[0088] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0089] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
