液压位置伺服系统的模糊PID控制研究

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  • 1. 引言

      当今,在工业、国防等自动化领域,液压伺服系统以其重量轻、体积小、产生力矩大等优点而得到广泛应用。但由于漏油、油液污染等因素影响,液压伺服系统中普遍存在参数时变、非线性尤其是阀控动力机构流量非线性等现象。随着对控制精度要求的提高,对液压伺服控制技术也提出了越来越高的要求。传统PID控制很难达到满意的控制效果,针对这一问题,近年来出现了许多不同的现代控制策略,如神经网络控制、自适应控制、模糊控制、预测控制等。这些控制方法在理论上取得很大进步,但是在液压伺服控制中还有一些实际问题需要解决[1]。

      模糊控制不需要被控对象的精确数学模型,并且可以引入专家经验,因此有较好的实用性。但单独使用模糊控制不易消除稳态误差,且对控制器运算性能要求较高[2],而PID算法简单又可以较好的消除稳态误差。对此,本文采用模糊控制与PID控制结合,利用模糊控制实时修正PID参数,提高了系统的控制精度和鲁棒性,有较好的实用性。

    2. 液压位置伺服系统


    图1 液压位置伺服系统结构图

      如图1所示,该液压位置伺服系统由放大器、电液伺服阀、液压缸、负载以及位置传感器等组成。输入信号经放大后送入电液伺服阀,小功率电信号经由伺服阀转化为阀芯位移信号,然后转换成流量和压力等液压信号,这些信号最后驱动液压缸带动负载完成指定动作。

      因电液伺服阀实现了电液信号的转换和液压功率放大两个功能,故电液伺服阀在伺服系统中起桥梁的作用,是系统的心脏,本文中位置伺服系统采用动铁力矩马达喷嘴挡板式两级电液伺服阀。

      根据力矩马达的电压、磁路和运动方程,喷嘴挡板位移与马达的偏角关系以及主阀 (对称四通滑阀)的运动方程和流量方程[3],可以推导出电液伺服阀传递函数如下:

      

      式中: ωsv为伺服阀固有频率; ξsv为阻尼比; ­­­­­­Kq为伺服阀流量增益,应按实际供油压力下的实际空载流量确定,即, qn为伺服阀的额定流量, ps为实际供油压力,psn为伺服阀规定阀压降,一般psn=7MPa,In为伺服阀额定电流。

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