基于单神经元PID的双液压缸同步控制技术研究.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 0 7 ．2 0 1 4 d o i l 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 7 ． 0 1 7 基于单神经元 P I D的双液压缸同步控制技术研究 宋云艳 长春职业技术学院 工程技术分院 ， 吉林 长春 i 3 0 0 0 0 摘要 通过对双液压缸 同步控制 系统的研究 ， 把神经网络控制与传统 P I D控制相结合 ， 提出一种单神经元 P I D控制策略 。同时通过有 监督 D e l t a学 习规则对神经元连接权 系数进行调整 ， 以控制同步精度。研究 结果表明 ， 所提 出的控制方案具有较高的 同步控制精度 ．有 一 定参 考价值。 关键词 液压 同步 ； 神经网络 ； P I D控制 ； 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 7 0 0 4 5 0 3 Re s e a r c h o f Du a l Hy d r a u h c Cy h nd e r s S y nc h r o n ou s Co n t r o l Ba s e d on S i n g l e Ne u r o n PI D S ONG C h a n g c h u n V o c a t i o n a l I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， S c h o o l Yu n- y an o f E n g i n e e r i n g T e c h n o l o gy ， C h a n g c h u n 1 3 0 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Du a l h y d r a u l i c c y l i n d e r s t h r o u g h s y n c h r o n o u s c o n t r o l s y s t e m r e s e a r e h ， t h e n e u r a l n e t wo r k c o n t r o l w i t h a c o mb i n a t i o n o f t r a di t i o n al PI D c o n t r o l ， pr op o s e a s i n g l e ne u r o n PI D c o n t r o l s t r a t e g y ， t hr o u g h a s u pe r v i s e d l e a r n i n g r u l e on n e ur o n a l de l t a c o nn e c t i o n w e i g h t s t o b e a d j u s t e d t o c o n t r o l s y n c h r o n i z a t i o n a c c u r a c y ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p r o p o s e d c o n t r o l s c h e m e w i t h h i g h p r e c i s i o n s y n c h r o n i z a t i o n c o n t r o l ， t h e r e i s a c e r t a i n r e f e r e n c e v a l u e ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c s y n c h r o n i z a t i o n； n e u r a l n e t wo r k； P I D c o n t r o l O 引言 大型液压设备常采用多个执行元件共同带动负载 收稿 日期 2 0 1 3 - 1 0 1 8 作者简介 宋云艳 1 9 7 4 一 ， 女 ， 吉林长 春人 ， 副教授 ， 硕 士 ， 研究方 向为液 压传 动与控制。 ■ 一- 一 一 - 一 - - 一 - 一 - - - 一 - 一一 可靠 ， 并消除了手工压叶片 的安全隐患 ． 劳动生产率大 幅度提高 4 产品周期明确 采用级进模冲压生产节拍是 固定 的 ．安排生产计 划明确有序 ． 易控制生产。 4 级进模 具在液力变矩器 上使用 的不 足 与发展 级进模也存在一些不足 ． 如一次性投入较大 ． 风险 较高 。 级进模具结构复杂 ， 涉及到叶片的落料 、 压型及整 形等多个结构的协调运作 级进模具本体设计制造价格 昂贵 ． 关键是存在设计制造出来的模具满足不 了生产需 求 的风险 正是由于级进模具 的复杂和精密 ， 对维修人 员也提出了很高的要求 ， 有时还需要厂家的协助。 级进模在液力变矩器 叶轮 叶片上的成功应用 ． 提 工作 ， 这就需要对其速度或位置进行同步控制 随着液 压 同步技术 的广泛应用 以及 同步控 制理论 的愈加成 熟 ， 对 同步控制精度的要求也越来越高 ， 采用何种控制 策略来提高 同步控制精度成为 目前液压同步控制领域 普遍关注的问题 目前对于液压同步控制方法 的选取大多 以主从控 高了产品的生产效率 和质量 ， 减轻了工人劳动强度 ． 实 现 了柔性化管理 ， 生产便 于控制 ， 实现 了切实 的效益 同时也看 到． 总体上和国外多工位级进模相 比． 在制造 精度 、 使用寿命 、 模具结构和功能上 ， 仍存在一定差距 需要继续 推进高科技含量的技术装备的应用 ．提高生 产力 ． 推动液力机械行业 的健康发展 最后希望我国的 级进模具本体设计和生产能够发展壮大起来 参 考 文 献 【 1 ] 徐灏． 机械设 计手册[ M】 ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 1 ． 【 2 】 杨 玉英． 实用 冲压 工艺 及模 具设计手册【 M ] ． 北 京 机 械工业 出 版社． 2 0 0 5 ． [ 3 】 邓 明． 实用模具设计简明手册【 M] ． 北京 机械丁业 版社， 2 0 0 6 ． [ 4 】 陈代 隆． 液力传 动[ M ] ． 沈阳 辽宁大学m版社 ， 1 9 9 6 ． 【 5 1 刘应诚． 大力发展液力传动工业 为国家节能事业作贡献【 J ] ． 液 压气动与密封， 2 0 1 0 ， 5 ． 4 5 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 4年 第 0 7期 制为主⋯ ． 虽然可 以取得一定的控制精度 ． 但这种方法 不适合负载变化较大 的场合 ．控制策略上也只针对某 一 特定工况 ． 有一定局限性 本文 以双缸液压驱动提升 系统为对象 ． 对其 同步控制方法进行深入研究 ． 围绕交 叉耦合控制方法 ．提出一种单神经元 P I D控制策略应 用于双缸液压驱动同步控制系统 。研究结果表明， 所用 方法可以获得较高的同步控制精度 。 达到了研究 目的。 1 双缸液压驱动 系统结构 液压驱动提升系统主要元件是两个相同结构的液 压缸 ． 分别南两个 电液 比例伺服阀进行控制 ． 共 同提升 一 个负载 如图 1 所示 。 液压 缸 I 图 1 双 液压 缸 同步 控 制 系统 结 构 为保证负载平稳上升和下降 ．要求两个液压缸提 升速度完全一致。但 由于液压波动 、 误差 、 泄漏等因素 影响， 往往会出现同步误差 ， 使 同步精度下降。为提 高 控制精度 ， 需要对其动态特性进行深入研究。 2 双缸液压驱动 系统数学模 型 对图 1中负载进行受力分析， 得方程 I ．． 1 十 一 ， ， m o 1 一 1 I ￡ 。 一 L J O 式 中 ， 液 压缸 的提 升力 ； m 负载质量 ‰负载质心位移； 。 ， ， 对负载质心的力臂 ； 负载 绕质 心 的转角 每个 液压缸 的受力平 衡 方程 为 p。 Ai ， i g B。 i一 i i-A m． X i 2 式中P i 液压缸等效负载压力 A 液压缸等效面积； m； 液压 缸 活塞 和活塞 杆质 量 ； 曰 ． 液压 缸阻 尼 系数 k 弹性系数 ； 活塞 位移 ； 活 塞和 缸筒 间摩 擦力 。 46 3 双缸 同步控 制策 略研究 3 ． 1 P I D控 制 P I D控制 ． 即比例一积分一微分控制 ， 采用线性组 合 的方法 ． 合成控制量 ． 对被控对象进行控制 。具有结 构简单 、 易于实现 ， 安全可靠等特点 ， 广泛应用于各个 领域 P I D控制规律可表示为 ㈩ { 3 式中K 。 ， ， 比例系数 ， 积分常数和微分常数 ； e 偏差信号 ￡ 为输出信号 。 P I D控制器结构简单 ． 易于实现 ， 但不具备 自整定 功能 ． 当参数发生改变时不能实时调整 ， 只能应用于参 数一定 、 工况不变的系统。由于双缸液压同步系统具有 非线性 、 时变性 的特点 ， 很 难得 出精确 的数学模型 ， 所 以单纯采用 P I D控制难 以保证其控制精度。 3 ． 2 神 经 网络控 制 人工神经网络是智能控制方法 的一个重要分支 ． 是通过对人脑功能的模拟提 出来 的 ．是一种多输入到 单输 出 的映射 关 系 ] ． 其结 构 如 图 2所 示 、 ＼～l 】 、 、 、 u,／ 2 ’ w m／， ／ “ 图 2人 工神 经 元 模 型 图中 ． i 1 ， 2 ， 3 ⋯⋯ ， ／t 是模型的输 入 ， 即激励信 号 ， 代表神经元的空间总和。 神经元的阙值为 ， W j i 为各 激励信号对应 的连接权系数 权重值 ， 则总的输 出 R 可 以表 示 为 R i W i 。 。 一 ， i j 4 i 1 人1 二 神经元通过非线性映射 ．可以逼近任意非线 性 函数 ， 具有 自学习 ． 自组织的特点 ， 目前 已经成为一 种重要 的智能控制方法 3 ． 3单神 经元 P I D控 制 针对 P I D控制不能在线整定的特点 ．研究人员把 单神经元控制与 P I D控制相结合 ．提 出一种单神经元 P I D控制策略 ． 图 3所示为采用交叉耦合控制方法的单 神经元 P I D控制器结构 把两个液压缸 的位移偏差 、速度偏差和加速度偏 差三个反馈信号 ， 经转换后作为控制器 的输人