電液速度控制系統建模與仿真說明書

電液速度控制系統建模與仿真說明書,速度,控制系統,建模,仿真,說明書 附錄A在液壓傳動控制系統設計中的結構分析1 引言水壓機提供了有利的動力性能,因此為工業應用提供一個重大的傳動觀念。大型液壓系統（如植物,海洋技術以及驅動機床）具備生產一大批器。因此, 單一部件或整個子系統精密傳動之間的依賴性變得越來越大, 這導致了各種挑戰和要求設計和控制任務. 作為一個有代表性的例子就復雜性和尺寸，它顯示冷軋廠的電路圖(密度,1995年) .在這里超過20個驅動器的工作纏繞鋼帶 .設計這種大型液壓控制系統,就意味著設計一個系統的程序.實際上,這樣做是相當含蓄，基于直覺和經驗豐富的人力設計師本文介紹了系統的水壓機,從而揭示其內在結構, 以及關系和相互依賴.這種做法使得一個結構分析,徹底的從基本結論為自動化設計流程可以取用.這個文件的概念已經實現,并納入artdeco ,知識型液壓系統設計支援(施泰因, 1995年) .目前,artdeco結合民航基礎設施適應質證和結構分析方法,模擬方法設計的基本法則處理。 實施水力設計知識,還需要召開一次正式的定義認證,并自動提取結構信息從一個電路圖. 文件有助于在這些方面。這是有組織的如下. 第2部分敘述概念和模范的結構層次上的一個液壓系統,可以進行調查增益貿易,順應了結構性分析. 第4恰恰處理NES不同類型的偶合器之間的功能單位的液壓系統,因此,建立一個基礎,以計算機為基礎的分析. 此外,還概述了結構分析的自動化.第5概述開采結構信息artdeco2 . 結構分析液壓系統大多數液壓系統的設計都是開發方面的經驗和直覺的一個工程師設計的. 由于缺乏一個結構性的方法,深入分析了系統的結構不進行.反之,有限匯編可行的解決方法,使結果高度依賴個人能力. 這種方法只適合于經常性的設計任務的變化不大.在以下的時間,一個系統的結構設置液壓廠介紹,這導致了面向問題的系統分析.應用靜壓傳動（作初步設計)便于隨之而故意推導 結構信息,這是必要的,使系統的性能滿足客戶的需求. 2.1 . 結構層次液壓系統系統的發展,這是基于三個層次的抽象(火車頭等, 1996 ) .區分功能結構,組成結構,系統的理論架構與系統說明的不同特點.從這個成績優異的整體看法如何,在-31分類號系統的行為用于說明概念的結構層次,我們將集中精力進行抽樣子系統的冷軋廠的具體分析。功能結構表明的基本行動方式的一個液壓回路通過分析不同的任務(職能) 工廠必須配有碩士學位. 它代表了一種系統的定性描述。它一個關鍵要素的功能架構就是所謂的“液壓軸”.壓軸的一個代表是全領域中的一個子己全液壓廠. 在處理NES的聯系和相互作用這些工作,控制和要素供給,實現六(火車頭,1996年).液壓驅動的四輥站做兩件事分別由軸定向負荷和動數量代表性的輥站在水平的功能是在檢測液壓軸及其相互聯系坦承深遠的結論,這是在第3部分的結構,選擇實現一個功能的影響. 布置漏出結構信息組成的液壓元件(泵,閥,缸, 等)以及它們的幾何和物理安排. 由開關狀態結構的全部可能的組合開關位置的特點是:閥的,比如 可開啟或關閉( 17.4% C和D )描繪代表性的輥站在分量水平.系統的理論架構所包含的信息的動態特性的液壓傳動技術作為一個整體,不單個組件. 常見的方式來描述動力學的微分和差分方程或狀態空間形式(施瓦茨, 1991 )的系統理論觀點,包括對信息的控制數量,以及動態行為的控制系統.揭示系統理論架構的輥立場.通過對比分析和模擬結果與性能需求的驅動器能迅速作出決定,為每個液壓軸是否開放或閉環控制概念已經足夠. 在進一步說,適當的控制策略(線性,非線性等).功能結構產生了質的代表性, 系統描述更加定量在組件和系統的理論水平. 此外, 分析的結構設置顯示怎生行為的一個液壓裝置,在定義粗糙,功能結構必須被看作是不變的, 因為它的結果,從客戶的需求.只有特定結構被證明是理想的, （1）經過改良的陽離子（因啟發式分析方法)為宜; ( 2 )注意到,在部件級, 結合啟發式和分析方法,是需要更改或交換液壓元件, 構成控制系統; ( 3 )系統的理論水平,有利于案件的動態-測評: 控制理論提供了一種分析方法,選擇合適的控制策略,參數化等.2.2 . 液壓軸及聯軸器 著重考察它們的功能結構的液壓系統,檢測和評價液壓軸線是中央的利益. 他們的分析,有助于更深入地理解的內在關聯電廠,并概述了能源方面的職能將崛起的電弧. 定義認證的液壓軸,在2.1節,是基于標準的要素一起為了全長的當地單一的功能.注意到有幾個驅動器(液壓馬達/瓶) ,可有助于實現同樣功能,從而形成了一個單一的液壓軸. 除考慮孤立液壓軸,有必要探討其相互聯系.以下耦合類型已經制訂出來.運用的概念,功能結構的冷軋廠.1月15日液壓軸連同其偶合可以找到. 左邊的液壓系統擁護者成員的組成圖表的斧頭，右側顯示整個耦合方案的形式一棵樹. 電動液壓伺服系統( ehss )廣泛用于多種工業應用,從液壓沖壓和注塑成型壓力機 航天飛行控制器. ehss作為非常有效率的驅動系統,因為他們擁有一臺高功率/質量比,響應速度快, 高剛度,高承載能力 最大的優點液壓系統,以滿足日益嚴格的性能規格而言,魯棒跟蹤 精度高,響應速度快,高性能有需要的. 然而,傳統的線性控制器(安德森, 1988年; 莫瑞, 1967 )表現有局限性,由于存在非線性動力學ehss ,具體地說,一個平方根的關系壓差驅動流量的液壓油,以及流速. 這些限制已有案可查的文獻.已采取若干對策建議,以解決這些限制因素,包括使用變結構控制( 安德 , 2001年; 尼科利奇, 2002年) ,后退(諾維奇, 2002年; kaddissi ,肯內 , 薩阿德, 2005年, 2007年; 烏爾蘇和波佩斯庫, 2002年)和反饋線性(沃加, 本先生, 海澤, 1995年; 約萬諾維奇, 2002 ) . 變結構控制其基本形式是容易抖(存儲優勢 2004年)以來的控制算法是基于開關; 然而, 若干修改建議,以解決這一問題( 安德 , 2001年; 存儲邊緣, 2004年; 米哈歐, 2002 ) . 返回式步進是一種技術就是基于雅普諾夫理論,并保證漸近跟蹤(諾維奇, 2002年; 卡第絲, 2005年, 烏爾蘇和波佩斯庫等, 2002 ) ,但找到一個合適的人選雅普諾夫函數可以有挑戰性. 控制器采用該方法,通常是復雜和校正控制參數瞬態響應。其他的雅普諾夫技術為基礎的解決額外系統的非線性如摩擦 但也容易產生同樣的缺點,因為這些上市的backstepping(劉阿列內, 1999年) . 反饋線性 其中的非線性系統轉化為一個等價的線性系統,有效地抵消了非線性計算閉環, 它提供了一種地址的的非線性系統,同時使自己手中的權力線性控制設計技術來處理瞬態響應要求和驅動器的局限性. 利用反饋線性控制ehss一直被描述沃加】. ( 1995年)和諾維奇( 2002 ) . 買通用和來門 ( 2001 )擾跟蹤控制液壓柔性機器人是考慮 采用解耦技術類似的線性反饋方法,在此建議. 但是,這種方法需要測量的干擾勢力及其衍生物的時候, 這是不可能有現成的一個實際應用. 相較于上述技術,而且都是全狀態反饋的方法, 孫和邱( 1999 )描述設計中的一個觀察員算法專門為部隊控制了ehss . 自適應控制器,利用迭代方法,以更新的控制參數和地址摩擦影響最小廠房 騷亂知識提出了焦油, , 而模型的基礎上描述買通用和來門( 2001 ) . 大部分關于這個專題的文獻顯示仿真結果; 值得注意的例外,以實際的實驗結果,劉阿列內（1999年） ,并杉山愛及田( 2004 ) ,孫和邱( 1999 ).重點本文介紹了控制器的設計方法,是全面的,也就是 一個涵蓋位移,速度和壓差控制, 地址非線性出席ehss并認為實際問題,如瞬態響應和實時實現.因此,有相當部分的文件被定義的實驗方面的研究工作. 此外,本文旨在作為一個明確的指導,制定和實施反饋線性控制器為ehss . 本文安排如下: 第2部分敘述了回轉液壓傳動這是一個用來作為實驗平臺. 在本節中的數學模型,該系統還審查和驗證實驗數據. 第3節設計的PID控制系統的仿真和實驗結果都表明,作為 基準的業績進行評價的線性反饋控制器; 第4節描述的設計和實施的線性反饋控制器最后,結束語提供第5部分。本研究報告的目的是審查非線性動力學轉動液壓傳動, 研究這些動態如何導致限制PID控制器的性能, 并設計和實施伺服控制器適當的位移,速度和壓力控制. 線性反饋理論的基本原理作為一種非線性控制技術,以實現這一目標,本研究 和控制器的設計,利用這種方法進行驗證實驗測試.從這些測試結果可以看出液壓系統具有非線性特點,線性反饋理論提供了強有力的控制策略,能夠明顯改善對PID控制的跟蹤精度和瞬態響應. 結果表明,該系統可以模擬不足以準確有效地執行控制器. 這項研究是有限的控制旋轉液壓傳動.應用反饋線性理論的控制較為復雜的綜合性的旋轉運動和線性驅動器, 以及其他影響,如摩擦力,可視為未來擴展這一工作.盡管有優勢,從簡單, 仿真和實驗結果上一節顯示, PID控制具有一定的局限性,在跟蹤性能 液壓控制,而這些限制是后果的非線性性質的液壓系統. 非線性正在處理利用技術的線性反饋(哈利勒 1996年)和設計過程中得到了反饋線性控制器系統此處描述。 缺陷與無力電流分析的方法來處理大系統,液壓控制系統, 預測將趨于穩定,有時呈現非線性振蕩壓力夠大振幅嚴重降低系統的性能. 方法的改進量化的魯棒性大型液壓系統采用分叉型程序是一個話題 目前正在研究. 分叉型的程序已經使用了若干研究者的穩定性分析,各類系統而若門和湯普森顯示分析程序計算的基礎上的親密分岔 能有效量化的魯棒穩定的液壓位置控制系統的一個大( 7維)參數空間. 幾個重要問題的魯棒穩定性分析大型系統共處理了這一工作,處理齊位參數和使用公差范圍限制在一個參數分析. 若干新的問題必須得到解決,以處理一般案件的大型非線性系統, 包括開發程序可能出現多個振蕩模式(如模式,是指 一個振蕩提供了一個獨特的頻率和模式形狀) ,確定的物理意義,每個振蕩模式, 并保證結果不只是有效的補充要求,而且也包括全球. 本研究的目的是要提供必要的提升,以目前的方法魯棒穩定性分析大 非線性系統,從而改善了不可承受可能與系統響應上升嚴謹穩健預測. 分岔為基礎的程序開發,而且表現為提供幾乎嚴格魯棒穩定預言 與嚴謹提供了重心從分析可能系統登陸潛在反應模式. 此外,分叉型程序有一種共生關系與數值模擬分析,有針對性的模擬來驗證和 加上嚴謹的質量穩健預言 結果加了分岔的分析是用來通知,并加強了全面分析超越穩定邊界. 演示和驗證, 新的煤層氣一般分析方法是使用系統的魯棒穩定性分析一個大型自動變速器液壓系統為期9維狀態空間和24維空間的參數. 即使效果穩定,該系統有可能已逼近使用常用方法,基于網格的模擬結果,如果沒有確切或嚴格的制度的認識和可能反應也已大大減少. 沒有實驗驗證,已經完成了關于這個實際模型;然而模擬結果,其中吻合分叉型的預言,已證實先前實驗中的類似系統. 長期目標為這項研究是分析和實驗驗證分岔/模擬分析程序,讓全面自動傳動液壓系統. 雖然本文的討論圍繞液壓控制系統, 只要稍加改動,到不同類型的預期反應和分岔類型增強的分析程序適用 任何大的非線性系統. 另外, 注重模式具體分析和配對模式數學與物理模式可極大用于診斷, 分析定義來了解和消除振蕩,在實際中發生. 想感謝前人的寶貴意見和福特汽車公司科研究室所作的寶貴援助與液壓系統的建模.一個很初步的版本,這一研究發表在1999年美國控制會議的標題下的魯棒穩定性分析大型液壓控制系統一文的同名出現在會議程序. 3 . 利益結構分析 結構分析液壓系統揭示基本設計決定. 特別是功能分析,是基于檢測系統的液壓聯動,將簡化做陽離子擴建,并適應系統(施泰因, 1996年) . 單獨處理液壓軸明顯降低設計努力在以下幾個方面: 智能仿真. 智能仿真是一個人的策略來分析復雜系統:子系統辨認,減免費用 模擬自己的. 這種策略減少了模擬的復雜性和簡單化政府解釋其結果. 液壓軸建立適合子系統可減免費的,因為他們的表現不可分割的,但子任務完成. 靜態設計. 關于液壓軸驅動概念(開啟/關閉中心,負荷傳感,再生電路, 等等) ,允許選擇計算程序的靜態設計(瓦爾特, 1981年; 佩措爾德和折邊, 1989 ) . 此外,施用做陽離子知識,并要考慮軸的耦合水平 診斷. 具有液壓回路分解成液壓軸 診斷過程能集中到一個單一軸線按照以下工作假說: 如果癥狀觀察,僅在一個單一的液壓軸 然后缺損組成灣( S ) ,必須在構成這一軸線. 如果癥狀觀察,在幾個軸線,軸線式聯軸器將進一步答案就缺陷部件. 黑森州和史坦( 1998 )描述一個制度下,這一想法已成立并開始運行. 注意到智能分級陽離子的耦合液壓軸形式背后是否分解了水工設計問題,是不被允許的. 雖然子系統與水平0或1級聯軸器可以縮短免費所需的進一步資料，并聯，串聯,并順序聯結. 例如:設甲,乙兩個液壓軸. 4 . 圖理論分析液壓機 關鍵目標的拓撲分析了液壓傳動,是自動檢測其基本功能結構, 這是重新-31變量的液壓軸連同其偶合. 注意,在通常的設計過程中,液壓軸不被用來作為明確的積木. 原因有兩方面: ( 1 )它是不總是能夠設計一個液壓系統自上而下的方式,由液壓軸 其中重證監會在隨后的步驟; ( 2 )的經驗和能力,一個人的設計師自動導出功能,從結構,使他能 興建一個液壓系統組成的水平.作為外,主要工作文件設計師是技術制圖, 并沒有傳統或標準化的方法來指定另外的功能性結構的一個液壓系統. 這種情況強調需要有一個自動檢測預期的結構信息拓撲分析為追求這里是一個圖論,并在下面, 我們將會回落,對一些基本圖形理論觀念等多部,路徑,或連接成分. 這些概念都是用一種標準的方式, 和中心思想的闡釋,可以理解為一個專家在圖論. 在讀者的方便規定所使用的. 4.1 . 等級耦合類型不在意的走向普通圖. 以下德認證提供了一個映射規則,它把每一回路C的相關圖液壓. 4.2 . 操作液壓軸辨認陽離子前款正是德處理NES耦合類型 但只給予較少的手段如何液壓軸及聯軸器,可以辨認署液壓圖.本款所概述的程序來完成這項任務,并得到了實現和驗證了大型液壓 圖書館.詳細描述了算法的基本概念,可以發現施泰因和舒爾茨( 1998 ) . 分析程序分為三個步驟:預處理,斧頭辨認陽離子,耦合式的決心.4.2.1 . 預處理 預處理步驟,從一個抽象的,從電路三推其相關液壓圖生長激素. 減少生長激素的復雜,但在它的地方,使斧頭辨認陽離子可能,為所有生長激素是簡單化署通過合并,刪除和冷凝規則等說明這些規則的適用.即可陽離子進程意味著應用以下規則:控制路徑刪除. 控制路徑設置任何隔離特性液壓軸. 他們可以找到(去掉)容易生長激素. 死亡分支刪除. 死科是一個子節點,其并非與控制或工作內容,其連通 1 特殊成分缺失. 存在一些特殊組成,其相應的節點可以免去生長激素無精密調查. 檢查閥門的一個例子是這樣的一個組成部分. 回路解決. 電路可能含有環狀結構或部件并聯. 這些結構是沒有必要的檢測目的,如果他們既不含有也無法控制的一個工作單元注意到閥門在右邊電路只是提供了一個輔助函數; 它的背景,使用它無法控制的一個工作內容.這些和其他規則已經制訂通過圖形文法(羅森堡, 1994年; 施耐德, 1993年) .因為一個任意規則的適用范圍,可能造成的次優即可陽離子的液壓圖 一個偏序之間的規則已被撤銷董事,其中管制規則執行. 運行復雜的預處理是占主導地位的算法環路檢測和評估( McHugh先生, 1990年) . 4.2.2 . 斧頭辨認陽離子確定了液壓軸手段來尋求一套節點液壓圖,其對應的電路,實現某一特定功能. 每一集都必須至少有一名工作單元和供電單元.此外, 所有元件,也屬于液壓軸必須躺在一些路徑之間的工作和供應 元素. 這一觀察提出利用最短路徑算法斧頭辨認陽離子; 重要代表是最短路徑的算法( 麥坎先生, 1990年; 塞奇威克, 1992 ) . 為了液壓軸,所有路徑之間的供給要素和勞動要素的電路必須予以追究. 因此,最短路徑問題,必須解決為每個元素供應. 每一運行的最短路徑算法標簽邊緣的形式,有針對性樹編碼一個繼承關系節點.所有部件,躺在同樣的路向樹同屬液壓軸.由于液壓圖多重必然存在兩種不同的路徑,從工作內容到一個供給因素.第二個路徑,可以發現干脆刪去一個邊緣事件,對工作內容,然后用這筆 最短路徑算法.4.2.3 . 耦合型測定 耦合型之間液壓軸才能確定, 如果所有元件的電路已指派至少一個軸. 在大多數情況下,要求比較供應渠道之間的工作內容主要軸線. 如果一個電路載有整整兩軸,每一個耦合型可分級署搜查努力 由于電路與N軸,聯軸器之間所有斧頭需要加以確定. 用樸素的方式,上述搜尋努力進行2倍. 如果在另一方面,一個電路含有大量的軸心只有一個耦合型, 線性比較的次數是蘇森就此某種財產及物耦合類型會有用.在一般性的,這種傳遞不能存在. 不過,由于三板斧和信息耦合兩種類型, 我們有能力,以限制第三耦合的一個子集所有類型: 讓已知的耦合類型是A和B ,一; 二.4G的. 隨后的第三耦合C以下.說明另一種方式,一個較弱的耦合是不可能的,因為軸耦合間接經由第三軸. 這個結論可以利用,以減少問題的復雜性耦合型測定. 4.3 .從圖中的到定義 該款不久重溫了一些定義從圖論,所用的文字. 進行了深入研究,有興趣的讀者可參閱有關文獻(容尼克爾, 1990年; 麥可先生, 1990年)5 . 作用的結構信息artdeco 電路設計進行了一次設計師發生在以下幾個步驟: ( 1 )需求的解釋, ( 2 )素描RST的溶液, ( 3 )檢查的決議電路對于句法幾何邏輯, 與尺寸的限制, ( 4 )設計做案和陽離子重新演算. 該計劃的基本思路artdeco并非要取代這個程序,但支持它盡量簡潔. 在artdeco ,部件選擇,排列,銜接,尺寸,而模擬模型的制定過程是透明的. 資料是必要的檢查和模擬過程是從繪圖(施泰因, 1995年) . 例如: 而劃線兩種成分的蓋茨適當管道實例; 在仿真artdeco偵測,時刻表, 而活動過程中所造成的不連續元件狀態變化,如從呼吸閥,可開啟或關閉.描繪快照工作時編輯和模擬模式。 在仿真中,用戶可以觸發事件的操作部件如開關或閥門.相關型號是立即更新的背景之下,從而使情感互動與運行體系. 基本上,artdeco功勛的結構信息,在以下幾個方面: 1 . 合成模式. 立場和氣瓶閥的國家或減輕閥門直接竹示范合成過程. 由拓撲分析模型,在合成, artdeco身體不矛盾的組合模式,在開始(施泰因等. , 1998 ) . 2 . 制定設計知識. 施泰因和火車頭( 1998 )目前的設計語言,適合于電路設計. 其辦法旨在改善和適應初步的電路設計: 設計知識是制定辦法,我算陽離子規則,反過來 下設一個行動特異性和位置特異性(究竟在哪里可以這樣做? ) . 使做案陽離子規則的一個工作概念,它是對雙方都知道, 其中部分屬于中軸線和軸線如何耦合 3 . 重點分析. 第3清單分析的情況下,獲利筆,從一個孤立的調查關鍵電路不能自動化上述任務 但形式的必要前提,通過檢測和隔離電路的液壓軸.相比其他面向構件,水力靜態模擬工具,利用結構信息,為追求artdeco超越目前的模擬技術 6 . 總結和研究現狀 本研究的貢獻是雙重的. ( 1 )它論述了結構性信息時,液壓控制系統, 及( 2 ) ,既提供了系統的理論為基礎的自動檢測功能結構給予液壓電路圖. 努力確立和結構檢測資料與司法版. 結構信息是一個先決條件時,實施水力設計知識,以知識為基礎的系統. 尤其是了解該系統的液壓軸連同其偶合器,可利用在仿真中,要求解釋 控制概念的選擇,電路圖做案陽離子和診斷任務. 與此相關的文件我們目前的研究包括以下核心問題:形式化設計知識. 這些地區的人類專家的設計知識,明確指結構信息的辨認署和正式與尊重 其處理,在我們的設計和分析環境artdeco . 這兩項規則是一個小例子,因為這種知識便于案例式液壓控制系統的設計. 液壓軸建立適合大廈時,自動構建新的系統通過案例推理.基于這一思路,我們已經制定了一個原型設計助理, 讓用戶以制訂其設計理念,在功能水平 一個范例是苦尋液壓軸聚合物最佳的特異性功能,并在隨后的一個步驟, 這些樓宇都是自動規模和組成邁向一個新系統(斯坦, 2000 )。附錄BStructural analysis in control systems design of hydraulic drives1. Introduction Hydrostatic drives provide advantageous dynamic properties and therefore represent a major driving concept for industrial applications. Large-scale hydraulic systems such as plants in marine technology as well as drives for machine tools possess a large number of actuators. Consequently, sophisticated inter-dependences between single components or entire subsystems may occur, which leads to a variety of challenging and demanding design and control tasks. As a representative example with respect to complexity and dimension, It shows the circuit diagram of a cold-rolling plant (Wessling, 1995; Ebertsha user, 1994). Here, more than 20 actuators work on the coiled steel stripsDesigning such large hydraulic control systems implies a systematic procedure. In practice, this is done rather implicitly based on the intuition and the experience of the human designer. This paper introduces a systematics of hydrostatic drives which reveal their underlying structures, as well as relations and dependencies among substructures. This approach allows a thorough structural analysis from which fundamental conclusions for the automation of the design process can be drawn.The concepts of this paper have been realized and integrated within artdeco, a knowledge-based system for hydraulic design support (Stein, 1995). Currently, artdeco combines basic CAD facilities tailored to uidics, checking and structure analysis algorithms, simulation methods, and basic design rule processing.The operationalization of hydraulic design knowledge requires a formal definition and automatic extraction of structural information from a circuit diagram. The paper contributes within these respects; it is organized as follows. Section 2 describes both conceptually and exemplarily the structural levels at which a hydraulic system can be investigated. Section 3 briery discusses the benefits that go along with a structural analysis. Section 4 precisely defines different types of couplings between the functional units of a hydraulic system, hence establishing a basis for a computer-based analysis. Moreover, it is outlined how a structural analysis is automated. Section 5 outlines the exploitation of structural information within artdeco.2. Structural analysis of hydraulic systemsThe majority of hydraulic systems is designed by exploiting the experience and intuition of a single engineer. Due to the lack of a structural methodology, a thorough analysis of the system structure is not carried out. Instead, a limited repertory of possible solutions is used, making the result highly dependent on the capabilities of the individual. Such an approach is suitable only for recurring design tasks with little variation.In the following, a systematics of the structural set-up of hydraulic plants is introduced which leads to a problem-oriented system analysis. Its application to a hydrostatic drive given as a preliminary design facilitates a consequent and purposive derivation of structural information, which is necessary to make the systems behavior meet the customers demands.2.1. Structural levels of hydraulic systemsThe systematics developed here is based on three levels of abstraction (Vieretal,1996). The differentiation between functional structure, component structure, and system-theoretical structure corresponds to system descriptions of different characteristics. From this distinction results an overall view of how to inuence the systems behavior to illustrate the concept of structural levels, we will concentrate on a sample subsystem of the cold-rolling plant, the four-roll stand is sketched .The functional structure shows the fundamental modes of action of a hydraulic circuit by analyzing the different tasks (functions) the plant has to fulfill. It represents some kind of qualitative system description. A key element within the functional structure is the so- called hydraulic axis, which is defined as follows. Definition 2.1 (Hydraulic axis). A hydraulic axis A represents and fulfills a subfunction f of an entirehydraulic plant. A defines the connections and the interplay among those working, control, and supply elements that realize f (Vier, 1996).The hydraulic actuators of the four-roll stand perform two tasks each of which defined by a directional load and motional quantities. A representation of the roll stand at the functional level is given in Fig. 4. The detection of hydraulic axes and their interdependences admits far-reaching conclusions, which are stated in Section 3.On the level of the component structure the chosen realization of a function is investigated. The arrangement structure comprises information on the hydraulic elements (pumps, valves, cylinders, etc.) as well as their geometric and physical arrangement .By the switching-state structure the entirety of the possible combinations of switching positions is characterized: A valve, for instance, can be open or closed . depicts the representation of the roll stand at the component level.The system theoretical structure contains information on the dynamic behavior of both the hydraulic drive as a whole and its single components. Common ways of describing dynamics are differential and difference equations or the state-space form (Schwarz, 1991) The system-theoretical view comprises information on the controlled quantities, as well as the dynamic behavior of the controlled system. The block diagram in Fig. 7 reveals the system-theoretical structure of the roll stand.By comparing analysis and simulation results with the performance demands at the drive, a decision can be made for each hydraulic axis whether open- or closed- loop control concepts are adequate. In a further step, an appropriate control strategy (linear, nonlinear, etc.) can be assigned (Fo llinger, 1992; Unbehauen, 1994).Remarks. While the functional structure yields a qualitative representation, the system description becomes more quantitative at the component and system- theoretical level, respectively. Moreover, the analysis of the structural set-up shows in which way the behavior of a hydraulic plant can be inuenced: (1) at rst, the functional structure must be considered as invariant, because it results from the customers demands. Only if the given structure proves to be unsatisfactory, a modification resulting from aheuristic analysis approach is advisable; (2) note that at the component level, a combination of heuristic and analytic methods is required for the variation or exchange of hydraulic elements, which form the controlled system; (3) the system-theoretical level facilitates the investigation of the dynamic behavior: control theory provides an analytic approach for the selection of a suitable control strategy, parameterization, etc.2.2. Hydraulic axes and their couplingsFocusing on the investigation of the functional structure of hydraulic systems, the detection and evaluation of hydraulic axes is of central interest. Their analysis contributes to a deeper understanding of the inner correlations of the plant and provides an overview of the energy owns with respect to the functions to be fulfilled.The definition of the hydraulic axis given in Section 2.1 is based on the criterion of elements working together in order to fulfill a single function. Note that several actuators (hydraulic motors/cylinders) may contribute to the same function, thus forming a single hydraulic axis. Beyond the consideration of isolated hydraulic axes, it is necessary to investigate their interdependences. The following coupling types have been worked out.Applying the concept of functional structure to the cold-rolling plant of Fig. 1, 15 hydraulic axes along with their couplings can be found. The left-hand side of Fig. 9 envisions the membership of the components in the diagram to the axes, the right-hand side shows the entire coupling scheme in the form of a tree.Electro-hydraulic hydraulic servo-systems (EHSS) are extensively used in several industries for applications ranging from hydraulic stamping and injection molding presses to aerospace flight-control actuators. EHSS serve as very efficient drive systems because they posses a high power/mass ratio, fast response, high stiffness and high load capability. To maximize the advantages of hydraulic systems and to meet increasingly exacting performance specifications in terms of robust tracking with high accuracy and fast response, high performance servocontrollers are required. However, traditional linear controllers (Anderson, 1988; Merritt, 1967) have performance limitations due to the presence of nonlinear dynamics in EHSS, specifically, a square-root relationship between the differential pressure that drives the flow of the hydraulic fluid, and the flow rate. These limitations have been well documented in the literature; see Ghazy (2001), Sun and Chiu (1999), for example.Several approaches have been proposed to address these limitations, including the use of variable structure control (Ghazy, 2001; Mihajlov, Nikolic, Antic, 2002), backstepping (Jovanovic, 2002; Kaddissi, Kenne , Saad, 2005, 2007; Ursu Popescu, 2002) and feedback linearization (Chiriboga, Thein, Misawa, 1995; Jovanovic, 2002). Variable structure control in its basic form is prone to chattering (Guglielmino Edge, 2004) since the control algorithm is based on switching; however, several modifications have been proposed to address this problem (Ghazy, 2001; Guglielmino Edge, 2004; Mihajlov etal, 2002). Back-stepping is a technique that is based on Lyapunov theory and guarantees asymptotic tracking (Jovanovic, 2002; Kaddissi et al., 2005, 2007; Ursu Popescu, 2002), but finding an appropriate candidate Lyapunov function can be challenging. The controllers obtained using this method are typically complicated and tuning control parameters for transient response is nonintuitive.Other Lyapunov based techniques address additional system nonlinearities such as friction, but are also prone to the same drawbacks as those listed for backstepping (Liu Alleyne, 1999). Feedback linearization, in which the nonlinear system is transformed into an equivalent linear system by effectively canceling out the nonlinear terms in the closed-loop, provides a way ofaddressing the nonlinearities in the system while allowing one to use the power of linear control design techniques to address transient response requirements and actuator limitations. The use of feedback linearization for control of EHSS has been described in Chiriboga et al. (1995) and Jovanovic (2002). In Bro cker and Lemmen (2001) disturbance rejection for tracking control of a hydraulic flexible robot is considered, using a decoupling technique similar to the feedback linearization approach proposed herein. However, this approach requires measurements of the disturbance forces and their time derivatives, which are unlikely to be readily available in a practical application. In contrast to the above mentioned techniques, which are all full-state feedback based approaches, Sun and Chiu (1999) describe the design of an observer-based algorithm specifically for force control of an EHSS. An adaptive