基于MRFAC的液压双缸同步控制系统设计与仿真.pdf

2 0 1 3年 3月 第 4 1 卷 第 5期 机床与液压 MAC HI NE TO0L HYDRAUL I CS Mfi r ． 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ． 5 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 0 5 ． 0 2 4 基于 M R F A C的液压双缸同步控制系统设计与仿真 沙郑辉 ，赵升吨 西安交通大学机械工程学院，陕西西安 7 1 0 0 4 9 摘要依据汽车用模具研配压力机的工作规范要求，设计了配套的液压同步控制系统。通过比较当今常用的同步控制 方案 ， 确定了在主油路上采用双比例流量阀、 并且在旁路采用伺服阀同时控制的双缸同步控制策略。通过计算确定了系统 中关键环节的数学模型， 从而获得了控制系统的传递函数的具体表达式。进一步，对双缸同步控制策略进行了探讨与比 较 ，根据模型参考自适应控制原理的思想，建立了基于模型参考模糊自适应控制 MR F A C 的双缸同步控制系统。利用仿 真测试了其性能，分析系统的同步误差，验证其可行性与有效性。结果表明M R F A C控制策略较传统的 P I D控制策略的同 步控制精度更高，鲁棒性更好，更加适合该压力机同步精度的要求。 关键词液压同步；伺服控制 ；模型参考模糊 自适应控制；P I D 中图分类号T H 1 3 7 ． 5 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 50 8 98 De s i g n a n d S i mu l a t i o n o f Hy d r a u l i c Du a l - c y l i n d e r S y n c h r o n o u s Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n M RF AC S HA Z h e n g h u i ．Z HAO S h e n g d u n S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，X i ’ a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y ，x i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 4 9 ，C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e s p e c i fi c a t i o n o f t h e d i e s p o t t i n g p r e s s f o r a u t o mo b i l e ma n u f a c t u rin g ， a n o v e l d u a l c y l i n d e r s y n c h r o - n o u s c o n t r o l s t r a t e g y，i n wh i c h p r o p o t i o n a l fl o w c o n t r o l v a v l e wa s u s e d i n t h e ma i n o i l c i r c u i t wh i l e t h e s e r v o v a l v e wa s u t i l i z e d i n t h e s u b s i d a r y o i l c i r c u i t ，w a s a d o p t e d i n t h e s y c h o r o n o u s c o n t r o l s y s t e m． T h r o u g h s p e c i fi c c a l c u l a t i o n ，t h e ma t h ma t i c a l mo d e l o f t h e k e y p a r t s i n t h e s y s t e m we r e i d e n t i fi e d，t h u s t h e t r a n s f e r f u c t i o n o f t h e c o n t r o l s y s t e m w a s e s t a b l i s h e d ． F u r t h e r mo r e ，the d u a l c y l i n d e r c o n t r o l s t r a t e gy wa s d i s c u s s e d a n d c o mp a r e d ．Ev e n t u a l l y ，b y r e f e r r i n g t o t h e i d e a o f mo d e l r e f e r e n c e a d a p t i v e c o n t r o l t h e o r y ，t h e h y - d r a u l i c d u al - c y l i n d e r s y n c h r o n o u s c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n m o d e l r e f e r e n c e f u z z y a d a p t i v e c o n t r o l MR F A C w a s e s t abl i s h e d ． T h r o u gh s i m u l a t i o n ，t h e p r o p e r t y w a s t e s t e d ，t h e s y c h o r o n o u e r r o r w a s a n a l y z e d ，a n d t h e f e a s i b i l i t y a n d e f e c t i v e n s s w e r e v ali d a t e d ． C o m p e d w i t h t r a d i t i o n a l P I D c o n tr o l ，t h e MR F A C h a s h i ghe r s y n c h r o n o u s p r e c i s i o n ，b e t t e r r o b u s t n e s s a n d i s m o r e a p p r o p ri a t e t o t h e r e q u i r e me n t o f h y d r a u l i c d u a l - c y l i n d e r c o n t r o l s y s t e m o f t h e d i e s p o t t i n g p r e s s ． Ke y wo r d s Hy d r a u l i c s y n c h ron o u s ；S e n ， o c o n t r o l ；Mo d e l r e f e r e n c e f u z z y a d a p t i v e c o n t r o l ；P I D 模具研配压力机是汽车、塑料、压铸等工业中制 造、精修大中型模具的关键设备之一 。随着我国模具 现代化科学技术的不断进步和发展，大多数模具制造 企业已经完成了从人工锤击合模到模具研配压力机 自 动合模的转变，可是 目前很少有 国内研制的成型产 品，绝大多数大中型企业修理模具的机械都为非国产 大陆地区 ，如海南马 自达模具车间的模具研配压 力机是从台湾迪斯油压工业有限公司引进的，这样不 仅大大提高了成本 ，而且模具的修理比较困难。而频 频更换价值很高的模具是一种资金的浪费 ，因此高精 度研配液压机的研制就显得 比较迫切 ，具有很大的市 场应用价值与潜力。而研配压力机的液压控制系统是 保证压力机研配精度的关键。针对此问题，作者提出 了基于模型参考模糊 自适应 M R F A C控制 的液压 双缸同步控制系统，并对其进行了仿真验证。 作者所设计的模具压力机的的基本设计参数如下 表 1 所示 。 表 1 数控模具研配压力机的主要技术参数 公称力 回程力 滑块 行程 开 口 工作台尺寸 滑块快 慢降速度 滑块快 慢回速度 工作台移动行程 工作台至地面高度 工作台移动速度 上工作台翻转角度 模具的最大质量 滑块重复定位精度 2 0 0 0 k N 3 o 0 k N 2 6 0 o mm 2 4 0 0 mm 4 6 0 0 mm 2 5 0 0 mm 8 0 3～1 5 mm ／ s 8 O 3～1 5 mm ／ s 4 5 0 0 mm 4 0 0 mm 5 0 1 0 0 m／ mi n 1 8 0。 5 0 t 0 ． 0 2 mm 收稿 日期 2 0 1 2 0 22 7 作者简介沙郑辉，硕士研究生，主要研究方向为机电系统的智能控制、建模与仿真设计。E m a i l z h h s h a g ma i l ． c o m。 9 O 机床与液压 第 4 1 卷 1 液压同步控制系统方案论证 1 ． 1 典型 液压 同步控 制 回路 液压同步回路有很多，目前常见的主要可分为以 下几种形式 机械强制 同步 ，流量 同步回路 ，容 积同步回路 ，电液伺服同步回路等。其中， 最简单的 是依靠 横梁的刚度和小 间隙 、高平行度 导轨的导 向强 制横梁平动；也可以利用齿轮一齿条或连杆等机构实 现双缸同步。流量同步是通过流量控制阀控制流入或 流出两液压缸的流量 ，使液压缸活塞运动速度相同， 实现速度 同步 。图 1 a 是采用 调速 阀和流 向整 流 板使液压缸双向均能进行节流控制 的同步 回路 ，但 系 统效率低 ，同步误差 在 5 ％ ～ 1 0 ％左右 。容积 同步 回 路是两相等容积油液分配到尺寸相同的两液压缸，实 现两液压缸位移同步，同步精度高 ，系统的效率也较 高。图1 b 为带补油装置的串联缸 同步 回路，但 是两串联油腔的泄漏会使两活塞产生位置误差，长期 运动误差会不断积累起来，应采取措施使一个液压缸 达到行程端点后 ，向串联油腔补油或由此排油 ，消除 误差。电液伺服同步回路实际上也是一种流量控制回 路，其关键元件是电液伺服阀。电液伺服阀具有体积 小、结构紧凑 、功率放大系数高、直线性好、死 区 小 、灵敏度高、动态性能好、响应速度快、能实现连 续准确地控制流量的作用等优点，因此在液压系统中 得到了广泛的应用。由于采用电液伺服阀，必须用能 产生电信号的位移传感器检测2个液压缸的位移，将 2个传感信号比较得到位移偏差信号，再输入伺服阀 进行流量控制 ，系统位置同步精度可达 1 0 级。此 外还有 利用 同步缸直接构造 同步 回路等 ，这里不再一 一 赘述 a 节流阀整流回路 b 同步缸同步回路 图1 常用液压缸同步回路 1 ． 2 新型数控模具研配压力机双缸 同步控制 系统 模具研配液压机的研配精度是通过安装在动梁上 双液压缸的同步运行来实现的，但在实际中存在重心 不对称，两负载的微小差别 ，液压回路流量、压力的 波动，机械系统安装误差及运行后的累计误差等问 题 ] 。为了保证系统在下行过程中的同步精度，作者 在综合比较上述几种同步方案 ，并结合该模具研配压 力机设计精度要求，最终确定了文献 [ 5 ]中所提出 的比例流量阀与伺服阀同时控制的同步控制方案，即 在主油路上采用双比例流量阀，并且在旁路采用伺服 阀同时 控 制 的 双 缸 同步 下 行 ，工 作 原 理 图 如 图 2 所示 。 图 2 模具研配压力机 同步系统原理 其控制原理可概括为两个步骤 1 双缸 下行过 程 中的粗 略 同步 的实 现。 比例 流量阀 1 接收位移指令信号 ，比例流量阀2同时接收 速度信号及两液压缸位移的偏差信号 ，这样缸 1 为主 动缸，缸 2为从动缸，改变指令信号即可改变两缸的 位移。信号 由压力机控制系统主控制器 如 P L C 给出，电控器将其输入电压转换为两个比例阀的控制 电流，控制阀的流量 ，从而控制缸的工作速度。通过 光栅位移传感器 L l 、I 2测出缸即时位移，其输出值 为电压 、 ， 。 与 的差值反映了两缸 同步误 差，将其作为反馈电路输入，经放大作为系统负反馈 叠加至系统输入端 ，从而 即时修正位移 ，确保双缸 的 同步运行。其优点是在闭环控制的情况下，只有一 个 比例流量 阀起 自动调节作用 ，另一个起 固定节流的 作用，因此相当于装了一个备用阀，这种余度设计提 高了系统的可靠性。 2 研配过程中精确同步的实现。由于比例阀 存在死区及严重的流量非线性 ，尽管在双缸下行过程 中可以保证一定程度 的同步精度 ，可是在动梁与下梁 合模的过程中应用 比例流量 阀无法满足模具研配 的精 度要求 ，因此在此甚 础上 ，设计了一个 伺服阀控制 的 双缸同步，从而使动梁与下梁精确合模定位，当达到 上下模具合模的指定位置时，伺服阀开始工作，缸 1 为主动缸，位移传感器 L l 、L 2分别检测两缸的位置 信号，将两位置信号进行 比较，经放大电路放大后， 输入到伺服阀中形成偏差信号，从而对缸2进行补油 或放油，直到两缸同步运行。此系统按输入的电流信 号来控制液流 的方向 ，亦为 闭环控制 。 2 液压元件数学建模及主动缸液压伺服系统设计 由上述分析可知，作者所设计的同步控制系统分 第5期 沙郑辉 等基 于MR F A C的液压双缸同步控制系统设计与仿真 9 1 为两个 阶段 ，显然 ，研配过程的精确 同步是作者更 为关心的，关系到合模的精度，并最终影响模具研配 的质量，需要重点分析与讨论。这一阶段中的控制元 件为电液伺服阀，执行元件为液压缸，反馈元件为光 栅位移传感器 ，如图3所示。因此，必须对这几个关 键部件进行数学建模 ，以便对此阶段的控制系统进行 分析。 图 3 主动缸电液伺服控制系统的方框图 1 电液伺服阀的数学建模 文中所选用的电液伺服阀为力反馈式，第一级液 压放大器为双喷嘴挡板阀，由永磁动铁式力矩马达控 制；第二级 若为三级阀，则后两级 液压放大器 为四通滑阀。在大多数电液伺服系统中，伺服阀的动 态响应往往高于动力元件的动态响应。为了简化系统 的动态特性分析与设计，伺服阀的传递 函数可以简 化 ，一般可用二阶振荡环节表示 。 二阶近似的传递函数可由下式估计 Q 。 V 1／ 、 8V 式中 为伺服阀的’流量增益； ∞ 。 为伺服阀固有频率； 为伺服阀阻尼比。 2 阀控非对称液压缸的数学建模 在得出控制元件电液伺服阀的数学表达式后，作 者对执行元件非对称液压缸进行数学建模。此外，通 常情况下伺服系统的负载在很多情况下是以惯性负载 为主，而没有弹性负载或弹性负载很小，可以忽略。 假设在该系统中没有负载干扰力 F ，则阀控非对称 液压缸的传递函数可简化为 2 式中 为液压缸的位移 r n ； 为滑 阀阀芯的位移 m ； 为滑阀的流量 系数 m ／ s ； A 为液压缸有杆腔的面积 m ； ∞ 为液压阻尼固有频率； 为液压 阻尼 比。 3 位移传感器与放大器 一 般位移传感器 自身带有放大系数，根据设计参 数确定具体型号后即可确定相应的比例系数 。 至此，作者得出了主动缸精确研配时电液伺服系 统各环节传递函数的确切表达式。由表 1中研配压力 机的相关设计参数可以确定伺服阀、液压缸以及位移 传感器的型号，从而确定计算参数。具体的选型和参 数计算不在这里赘述。最终可确定方框图中系统的开 环传递函数的具体表达式为 G s H s K G 阀 s G 缸 s K f Q Q 2 r 3 、 ， s 2 0 ． 7 ． ＼ ， s 2 0 ． 5 ． 、 、 【 丽 J I 乏 酉 J 3 主缸伺服 系统的时频分析及 P I D校正 3 ． 1 系统的时频分析 根据上述计算数据，绘制 S i m u l i n k 仿真如图4所 示。经计算 ，可得系统的单位阶跃响应如图 5所示。 同时可获得系统的频域特性曲线如图6所示。 由图 5的单位阶跃响 应可以看出系统响应无 超 调 ，无 震 荡 ，达到 稳 态 时间大 约 为 2 8 s ，可 见 系 统的动态特性 良好 ，但是 达 到稳态所用 的时间太长 。 系统的频域特征见图 6 ，可见 系统 的幅值 裕度 图5 主动缸液压伺服系 统阶跃仿真结果 服系统 的 S i m u l i n k 模 型 K g G 3 9 ． 3 d B ，相位裕度 y P 8 9 ． 4 。 ，均为正 值 ，根据系统稳定性判据 ，可知系统是稳定。同时， 还可求得系统的频宽为 W一 1 4 ． 5 r a d ／ s ，所以系 统的响应速度较快。此系统与现有的实际系统进行比 较，数 据基本相 符 ，说 明此 数学建模 能够通过 验证 。 第 4 1 卷 第 5期 沙郑辉 等基于 MR F A C的液压双缸同步控制系统设计与仿真 9 3 主动缸的 Y 。 具有延时性，从而产生了更大的动态同 步误差 ，达到 了 0 ． 4 1 7 m。此外 ，上述两种 方式从 动 缸达到稳态的时间稍慢 ，均在 2 s 以后 ，从而使达到 稳态同步误差的时间也随之延长 ，不利于同步精度的 控制。 。 0 ． 8 0 7 是 0 ． 4 暑 0 ． 1 O t l s a 并联结构仿真曲线 ．9 ； 0 ． 6 0 ． 3 ．2 0 f ， S b 串联结构仿真曲线 图9 两种同步控制策略的仿真结果 综上所述，组成同步系统的子系统中各元件的性 能间很难具有严格的匹配关系， 所以 “ 并联结构”难 以得到良好的控制性能。对于 “ 串联结构” ，因为从 动系统的输出变量 跟踪主动系统的输出 Y 具有延 时性 ，所以系统在响应过程中会出现较大的动态同步 误差。这两种结构均存在不同的缺陷 ，需设计新的同 步控制系统方案 。 4 ． 2 基 于模型参考思想的串并联复合 同步控制 基于上述串联结构和并联结构的特点，借鉴模型 参考自适应的原理和概念，提出了基于模型参考的串 并联复合同步控制策略。 模 型参 考 自适 应 ， 控 制 MR A C 是 自适 应 控 制 中 的 一 类 。 通 常包括 4个部分 参 考 模 型 、被 控 对 象 、 常规反馈 控制器和 自 适应 控制律 ，如 图 1 0 所示 。 图 1 0 模型参考 自适 应控制原理图 图 1 0中参考模型的输出 y m 代表系统希望的动态 响应，也就是用理想模型的输出来表示对系统的性能 要求。当被控对象由于外界环境或工作状态的改变使 其运行特性偏离 了最优轨线时，被控对象的输 出 y 与理想模型的输出 y m 相比较 ，产生广义误差 e 。e 通 过 自适应机构，根据自适应规律产生反馈去修正调节 器的参数 ，或产生一个附加的输入信号作用于可调系 统，使可调系统的输出 y与参考模型的输出相一致， 使 e 趋于零。 作者根据上述模型参考的控制机制，将缸 1的数 学模型视为缸 2的参考模型，这样缸 2的输出就会最 大化地与缸 1的输出相一致，从而使同步误差 e 趋于 零。可见 ，从理论上讲 ，将模型参考的概念应用于双 缸电液伺服控制系统应该会有非常好的同步控制效 果。由于缸2同时接收位移信号和缸 1的输出信号 ， 所以整个系统从结构上讲 ，又是一个串并联复合控 制。其同步控制原理图如图 1 1 所示。 图 1 1 基于模型参考的串并联复合同步 用 S i m u l i n k 对控制方案进行仿真实验，得实验结 果如图 1 2所示。 图1 2 基于模型参考的串并联复合同步控制仿真 从图1 2 可以明显看出尽管两个子系统的特征 参数不同，但系统在 “ 并联结构”的基础上增加了 对参考模型缸 1的同步误差调节器，使 Y 可迅速跟 踪设定值和 Y 的变化，最大动态误差仅为 0 ． 2 1 m， 双缸运行基本同步，因此获得了较为满意的动态同步 误差。但是 ，从图 1 2中依然可 以看出，在系统运行 的初始阶段 ，缸 2的输出略微超调 ，使得这部分的动 态同步误差略大 ，这主要是由于传统 P I D算法参数一 旦 给定 ，无法 根 据被 控对 象 的运行 状况 进行 在 线调 节 ，因此应寻找合适的控制算法来尽量消除这一部分 动态同步误差 。 5 MR F A C串并联复合 同步控制设计与仿真 由上一节分析可知，需要在系统中构造合适的自 适应规律 ，使得缸 1 和缸 2的偏差信号 e 根据自适应 规律产生反馈作用去修正调节器的参数 ，从而使可调 节系统的输出 y与参考模型的输出在整个时间历程 l 9 8 7 6 S 4 3 2 l 0 0 O 0 O 0 O 0 0 0 9 4 机床与液压 第 4 l 卷 上尽量保持一致。 电液伺服系统的非线性特性和参数不确定性是制 约其控制算法发展的两个主要因素 ，而且它们的非线 性环节又是 未知 和时变 的 。模糊 控制 在解决 复杂 的、不清楚的 、不确定 的系统时显得非常有效 。这是 因为模糊控制 由语 言性控制规则构成 ，对于输入和输 出变量之间的关系，采用条件语句描述 ，因而不需要 系统精确的数学模型，可应用于数学模型不确定甚至 模型未知的系统 。此外 ，将模糊控制与 自适应控 制相结合，也有其独特的优势。因为自适应控制需要 辨识出对象精确的数学模型，并且 白适应机构一般较 复杂，因而在工程应用中，其实时性受到一定的限 制 。而用模糊控制器进行参数整定不需要进行参 数 自适应律 的推导 ，这是其他方法所不可 比拟的。 综上所述，作者经过仿真实验，以及参阅相关文 献 ，最终确定了模型参考模糊 自适应 M R F A C的 控制方案。 5 ． 1 MR F AC的原理 M R F A C是利用模糊逻辑实 现系统 的 自适应控制 ， 控制原理图如图 1 3所示，即将图 1 0中的常规 自适应 控制律用模 糊控制律来代替 。模糊 自适应机构的输入 设为系统广义误差 e 及其变化率 d e d r ， 和 ， 为模 糊系统输入量化因子 ；由于原系统 中已采用 P I D控制 器作为前馈控制，这里将 自适应机构的输出作为 P I D 控制器的3个系数 K 。 、K 、 的增量 ，构成模糊 P I D 自适应机构，从而对 P I D控制器的3 个系数进行在线 调节，使系统动态响应加快 ，超调量变小，而且整个 响应过程具有较好的鲁棒性 。 参 考 模型 图1 3 模型参考模糊自适应控制原理图 当液压伺服系统的动态参数发生变化时，自适应 机构根据广义误差 e 及其变化率 d e ／ d t 的大小，通过 模糊 自适应机构给出一个调节信号反馈到可调系统 中，以保证液压伺服系统的输出准确地跟随缸 1的输 出。研究表明调整输入模糊控制器的量化因子和比 例因子 ，实际上是把模糊控制器中的论域划分压缩或 者扩张，与变论域模糊控制系统本质上相同。在此通 过模糊因子自调整律实时调整模糊 自 适应机构的输入 输出因子，实现变论域模糊控制，实际上等于增加了 模糊规则，从而提高了模糊 自适应机构输出调整精 度 。 5 ． 2 MR F A C控 制器 设计 在该系统中，模糊控制器的具体设计步骤如下 1 选 择模糊 控制 器 的输 入输 出变 量 ，定 义各 变量 的模糊子集 。模糊控制器 的输入变量 为误差 e 及 其变化率 d e ／ d t 。而其输出变量为 P I D控制器 3个参 数的调整量 △ K p 、A K ， 、A K 的。它们分别被规定为 下列 F u z z y 子集 { N B，N M，N S ，Z，P S ，P M，P B} 2 确定输入 量 和输 出量各 自的论 域 ，建立 各 自的隶属度函数。误差 e 的论域为 [ 一3 ，3 ] ，d e ／ d t 的论域为 [一 3 ，3 ] ，A K 的论域为 [一 2 ． 5 ，2 ． 5 ] ， △ K 的 论 域 为[一0 ． 0 6 ，0 ． 0 6] ，△ 的 论 域 为 [一 0 ． 3 ，0 ． 3 ] 。各模糊子集的隶属函数如 图 1 4所示 ， 这里只列举误差 e 的隶属度函数，其他的与之相似， 不再赘述 。 0． 鲻 o ． 噬 旗 o ． O． 图 1 4 模糊子集的隶属函数 3 建 立模糊 控制 器 的控制规 则 。根据 系统 的 实 际控制需要 ，建立在线 调整 比例 因子 △ K p 、A K i 和 △ 的模糊控制规则表 ，见表 2 4 。 表 2 A K p的模糊控制规则表 第 5期 沙郑辉 等基于 MR F A C的液压双缸同步控制系统设计与仿真 9 5 表4 △ 的模糊控制规则表 NB PB PB PM PM Ps P s z0 NM PB PB PM PM P S z0 z0 z o PM P 5 p s z0 Ns NM NM Ps Ps Ps z0 Ns Ns NM NM P M 加 z0 Ns NM NM M N8 PB z0 Ns Ns N NM NB NB NB NM Ns z0 PM PB P M PM PM P s z 0 Ns M 4 反模糊化时，若采用重心法，结果精确但 软件实现较困难 ；采用最大值法，虽结构简单，但结 果不精确。所以选用加权平均法 ，兼顾 了二者 的优 点 。加权平均法可用下式表示 ∑c U i “ 一 4 ∑ 式中 U 为各元素 在集合中的隶属度； C 为各元素在集合中的加权系数。 5 量化因子 K 、K ， 的选择。M R F A C系统结构 中，模糊 自适应机构的输人为系统输出偏差。模糊 自 适应机构的作用是使系统输出动态偏差尽快减小。系 统输出偏差的大小反映了系统的 自适应性能。因此， 作者结合对系统精度的要求来选择量化因子。选择量 化 因子 为 一 一 “ 一允许输 出偏差 Ko ， 5 Ko 一 般，系统要求的精度为 1 ％ ～ 3 ％，此系统误 差精度为 2 ％。所 以一般选择 K 3 0～1 0 0 ，K 1 0 05 0 0。 5 ． 3 实验 与 结果讨 论 5 ． 3 ． 1 仿真结果与分析 根据上述控制原理和设计参数 ，绘制 S i m u l i n k 仿 真实验框图如图 l 5所示。这里只显示从动缸的仿真 框图，运行仿真，MR F A C的单位阶跃响应如图 1 6所 示；M R F A C控制算法下的同步误差与传统 P I D算法 下的同步误差比较如图 1 7所示。 图 1 5 ．9 0 , 8 ； 曼 0 ． 3 0 5 r as t er s ens or MR F A C同步控制仿真框图 图 1 6 MR F A C同步控制仿真结果 从图 1 6中可 以清楚地看出与未加模糊 自适应 相比，在参数变化量相同时， 传统 P I D超调较大，而 M R F A C的同步误差得到了很好的改善。虽然改善的 量不大 ， 步误差 的 时，最大 达到 了 2 ． s 图 1 7 同步误差比较 的动态 同 得 的。此 同步误差 l 9 8 7 6 5 4 3 2l Ol 2 O O O O 0 O O 0 O O O 9 6 机床与液压 第4 1卷 从图1 7可以看出加有 MR F A C控制的从动缸 显然收敛得更快，这使得从动缸达到稳态的时间缩短 为 1 ． 3 S 左右，从而使两缸更快地达到了同步，而且 缸 2在整个时间历程上能很好地跟踪缸 1的位移，从 而实现模具研配时的精确同步控制。 5 ． 3 ． 2 鲁棒性验证 用两种干扰来检验 MF A C的鲁棒性。首先 ，将开 环增益增大一倍来模拟外界一个简单的干扰，其仿真 曲线如图1 8 所示。此时 P I D控制的从动缸的输 出曲 线明显出现振荡变坏的现象，而 MR A F C无超调，其 响应 曲线与初始状态响应区别较小 。 图1 8 开环增益增大一倍后的从动缸跟踪曲线 进而利用 M A T L A B自带的限带 白噪声干扰信号， 将其叠加到从动缸的输入中，模拟外界的一个复杂噪 声，对 比两种控制算法的输出响应，如 图 1 9所示 ， 两者的同步误差信号输出如图 2 0所示。由图 l 9 、2 0 可知虽然两个输出均出现了不同程度的震荡，但是 可以看出 M R F A C所产生的震荡明显小于传统 P I D算 法。可见文中提出的MR A F C具有很好的鲁棒特性。 图 1 9 加入白噪声后的 图2 O 加入白噪声后的 从动缸跟踪曲线 同步误差曲线 6结论 通过比较常用的液压典型同步回路，结合模具研 配压力机的设计要求 ，确定了在主油路上采用双比例 流量 阀，并且在 旁路采用伺服 阀同时控制的双缸 同步 下行控制方案 。建立 了阀控非对称液压缸及 主动缸液 压伺服系统的数学分析模型。通过对主动缸液压伺服 系统 进行 时域 和频 域分析 ，对 系统进行 了 P I D校 正 ， 改善 了系统 的响应速度 。 在进行 同步设计时，利用 M A T L A B ／ S i m u l i n k对 串联和并联同步控制进行了仿真，结合二者各 自的优 点，设计了使用于该压力机的串并联复合同步控制系 统 ，实验发现双缸运行基本同步 ，最大动态误差仅为 0 ． 1 6 9 m，因此获得了较为满意的控制双缸同步下行 效果。进而，利用基于模型参考的模糊 自适应控制算 法对系统进行 了改进 。实验 证明 加有 MR F A C控 制 的从动缸的晌应收敛得更快，而且在整个时间历程上 能很好地跟踪缸 1的位移，从而实现模具研配的精确 同步控制。最后，利用增大开环增益和限带白噪声来 模拟叠加于输入的外界干扰，仿真实验证明 M R F A C 控制算法的鲁棒性较之 P I D算法有明显的优势。 参考文献 【 1 】 奇瑞公司． 奇瑞汽车股份有限公司三厂研配压机技术协 议 『 R] ． 2 0 0 9 1 1 0 ． 【 2 】随云龙． 模具研配液压机双缸同步液压系统的动态特性 研究[ D ] ． 沈阳 沈阳工业大学， 2 0 0 5 9 1 0 ． 【 3 】 俞新陆． 液压机的设计与应用[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 7 ， 【 4 】张宏． P L C控制模具研配液压机系统的研究[ D ] ． 沈阳 沈阳工业大学， 2 0 0 3 9 ． 【 5 】韩国惠． P L C 控制模具研配液压机双缸同步控制的研究 [ D] ． 沈阳 沈阳工业大学 ， 2 0 0 5 ． 【 6 】宋志安． 基于 M a fl a b的液压伺服控制系统分析与设计 [ M] ． 北京 国防工业出版社 ， 2 0 0 7 1 9 5 2 0 5 ． 【 7 】夏德钤． 自动控制原理[ M] ． 北京 机械工业 出版社， 1 9 8 9 ． 【 8 】 苏东海， 杨京兰． 基于 S I M U L I N K的阀控非对称液压缸 系统的研究[ J ] ． 流体传动与控制， 2 0 0 8 1 3- 5． 【 9 】王野牧， 王洁． 液压伺服闭环控制系统的 S I M U L I N K仿 真实现[ J ] ． 沈 阳工业大学学报， 2 0 0 5 ， 2 2 5 3 7 0～ 3 72． 【 1 0 】 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C o n t r o l A p p l i c a t i o n， 1 9 93 l 9 8 7 6 S 4 3 2l 0 0 0 O O 0 0 0 0 0 昌 ，d