基于FUZZY-PID的新型数字液压同步控制研究.pdf

团囤匹匿匾 仿一 ， 建壤 I C AD I C A MI C AE I C AP P 基 于F U Z Z Y P I D 的 新型 数字 液 压同 步 控 制 研究 厉超 1 ． 淮安信息职业技 术学 院 ， 江苏 淮安 2 2 3 0 0 3 ； 2 ． 江苏省 电子产 品装 备制造工程技术研究开发 中心 ， 江苏 淮安 2 2 3 0 0 0 S t ud y o f Ne w Di g i t a l Hy dr a ul i c Sy n c h r on o u s Co n t r o l Ba s e d o n F UZZY-P I D LI Cha0 1 ． Hu a i a n C o l l e g e o f I n f o r ma t i 0 T e c h n o l o g y ， H u a i a n 2 2 3 0 0 3 ， C h i n a ； 2 ． J i a n g s u E n g i n e e r i n g T R C e n t e r o f E l e c t r o n i c P r o d u c t E q u i p me n t Ma n u f a c t u r i n g ， Hu a i a n 2 2 3 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r d e s i g n s a F UZ ZY P I D c o n t r o l l e r f o r t h e h y d r a u l i c s y n c h r o n o u s s y s t e m i n wh i c h a n e w t y p e d i g i t a l v a l v e i S u s e d ． Me a n wh i l e ．t h e d y n a mi c s i mu l a t i o n i S c a r r i e d o u t ．T h e r e s u l t s h o ws t h a t t h e c o n t r o l s y s t e m h a s g o o d c h a r a c t e r i s t i c s o f t r a c k i n g a n d i n t e r f e r e n c e s u p p r e s s i o n ， wh i c h c a n r e a l i z e h i g h h y d r a u l i c s y n c h r o n i z e d d r i v e ． Ke y wo r d sF UZ ZY P I D ； n e w- t y p e s y n c h r o n o u s d i g i t a l v a l v e ； h y d r a u l i c s y n c h r o n o u s ； d y n a mi c s i mu l a t i o n 随着工业技术的迅速进步 ， 液压同步控制在各类金属 加工设备 、 工程机械 、 冶金机械 、 建筑施工等领域得到越来 越广泛的应用 ， 对高精度的液压同步控制技术要求也越来 越迫切。目前影响同步精度因素主要是所采用的液压同步 控制元件和实现闭环控制的策略、 算法。本文提出采用模 糊 P I D对一种基于新型数 字同步阀的同步系统进行控制 研究， 在分析新型数字 同步阀基础上 ， 设计 了 F U Z Z Y P I D 控制器 ， 对同步系统进行了控制性能动态仿真。 1 新型数字液压同步 系统 ．， 新型数字同步阀介绍 本文研究的同步系统是一种基于新型数字 同步阀的 双缸液压系统。该数字同步阀结构如图 1 所示 。 察主方 向盘对副方 向盘输入 的跟随情况。 实验结果如图 7 、 图 8 所示。由图可以看 出在各种输 1 0 4 机械工程师 2 0 1 0 年 第9 期 入条件下主方向盘能够很好地跟踪副方 向盘的操纵。结 果证明所建立的模型是合理 的， 所研发 的主 、 副转 向系统 能够满足教练车使用要求。 5结语 本文将 副转 向装置引入到教练车驾驶学 习中，教练 员可以坐在副驾驶 的位置通过操纵副方 向盘即可演示操 作动作 ，当学员转 向错误 时教练员不必探过身子去操作 学员手 中的主方向盘 ， 提高了教学效率。 该控制器采用模 糊 P I 控制算法 ， 提高了控制精度和车辆的稳定性。为了 获得更精确的控制效果 ，还需要在大量试验 的基础上对 系统 的软硬件进行改善和优化。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 黄李琴 ， 季学武 ， 陈奎元． 汽 车电动助力转 向控制 系统 的初 步研 究 [ J ] ．汽车技 术 ， 2 0 0 3 6 3 - 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4 ， 一 3 , - 2 ， 一 1 ， 0 ， 1 ， 2 ， 3 ， 4 ， 5 ， 6 ] 划分为 1 3 个等级 ， 则量化因子是 6 。 在归一化离散 论域 上定义 A k i／ a k 。 的 7 个模糊集合 ， 建立相应 的隶 属度函数表。 2 确定 A K r l A K I／ A K 。 调整规则 。 机械工程师 2 0 1 0 年第9 期i 1 05 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 制造业信总化 仿一 ， 建糠 I C AD I C AMI C AE I C AP P 3 求模糊关系矩阵 ， 制定模糊控制查询表。 A K A K ／ A K 。 控制规则表达式为 i f e E a n d a e 5 6 t h e n A k r ／ Ak l／ A k D U o , 则 U Efx a E ； x G 2 V 本 系统中 A k , A k ／ a k 。 的 都是 1 3 x 1 3 1 3大矩 阵。 然后将 E和 △ E在各 自论域内取不 同的值成为模糊单 点 ，形成模糊矢量 E [ 0 0 ⋯1 ⋯0 2 ， A E [ 0 0 ⋯1 ， ⋯0 ] 求出输出模糊量 A k ， A k ， A k 。 。 Ak p ／ A k I ／ A k D E x E 。 R 3 再利用加权平均法解模糊 ，得 出对应不 同 E和 A E 的模糊输 出量 A k r ／ A k ] A k 。 。将不 同的 E、 △ E和相应 的 A k 后 舱 。 整理成模糊控制查询表。 4 P I D参数查询使用 三个控制查询表以数据表的形式存储计算机 中。在 实时控制时启用指令将位移传感器测出的液压缸 同步误 差及误差 变化率 变送成 离散量 ，查 表得出离散量 △ 。 、 A k 、 A k ，再 除以量化因子得到真正的连续变化量 A K 、 A K I 、 A K D ，求出此时的 、 K 、 。 实现了 P I D控制器参数 的在线模糊整定。 、 K 、 K 。 计算方法为 K I A K ， K 1 AKI ， KD 1 AKD 。 3 控制系统动态性能仿真研究 为进行仿真研究， 需建立数学模型， 本文采用所研究的 新型数字阀控制两单杆活塞杆双缸同步系统的数学模型。 3 ． 双缸 同步系统无差动 态性能仿真 无差是指要求 同步的两液压缸不管初始是什 么状 1 0 6 l 机械工程师 2 0 1 0 年第9 期 态， 最终要实现位置差为零。 在双缸位置误差为 3 0 m m， 期 望误差为 0时， 仿真曲线如图 4 、 图 5 。 图 4 是 F U Z Z Y P I D调节过程变化情况。 在双缸实际 位置差较大时， P I D控制器参数进行相应整定 ，在位置差 较小时处于稳定值 。图中阶跃表明模糊控制量化的特性。 图 5 是双缸起始误差为 3 0 m m时， 双缸位置差变化曲 线和误差变化 曲线 ， 在 t 2 s 左右时双缸位置一致。 图中液 压缸 1 位移 由 3 0 m m变为 1 5 m m决非表示缸 1 上升 中倒退 ， 只是表示缸 1 的速度放慢 ， 比在原来速度下运行 应产生的位移小 ， 对减小双缸位置差的贡献为 1 5 ra m 。 3 ． 2 双缸同步 系统偏载误差抑制性能仿真 偏载误差是指双缸载运动过程中， 两液压缸所承受的 载荷发生变化造成的位置误差。起始误差为 3 m m， 在 1 ． 5 s 时刻 起 液 压 缸 1负 载 增 加 7 0 0 0 0 N 即 A F F 一 F 2 7 0 0 0 0 N ， 双缸位置误差及位移变化曲线仿真曲线如图 6 。 图中在经 0 ． 3 s 后双缸位置起始误差就已消除 ，在 出 现偏载后 2 s 内系统再次稳定。液压缸 2 在缸 1 负载增大 7 0 0 0 0 N时是存在振荡的， 不过在经过 P I D调节后是被抑 制 的、 逐渐稳定的。同时 ， 负载增大后液压缸的速度降低 ， 这显然符合节流调速控制规律。 4 结语 新型数字 同步阀实现对双缸控制是对液压同步控制 的探索。F U Z Z Y P I D调节控制复合了 P I D控制及模糊控 制 的优点 ，具 有较 强 自适 应 性 。仿 真结 果表 明基 于 F U Z Z Y P I D的新型数字液压同步控制系统具有 良好的设 定值跟踪特性和偏载干扰抑制特性 ，完全可以使双缸同 步系统实现高精度同步 。 [ 参考文献 ] [ 1 ] 施光林， 史维详， 李天石．液压同步闭环控制及其应用[ J ] ． 机床 与液压 ， 1 9 9 7 4 3 - 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