液压伺服位置控制系统.doc

液压伺服位置系统模型参考模糊自适应PID控制器的设计
来源：中文论文网 互联网转载 发布时间：2007-01-28
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  液压伺服位置系统模型
参考模糊自适应PID控制器的设计
方一鸣　黄镇海　焦晓红
（燕山大学电气工程学院　河北秦皇岛，066004）
　　摘　要：针对液压伺服位置系统被控对象，提出了用模型参考模糊自适应机构对PID控制器的比例系数进行在线调节，以减小液压伺服位置系统中参数摄动等引起的超调和振荡；同时为简化控制器，提出了用变积分系数的方法来消除负载扰动给系统带来的稳态误差。仿真研究结果表明，具有模糊自适应和变积分系数的控制器使控制系统既有较高的稳态精度，同时也使系统具有较快的动态响应，整个系统具有很好的鲁棒性。
    关键词：液压伺服系统　模型参考　模糊自适应　模糊PID
0　引　言
　　众所周知，PID控制是迄今为止最为通用的控制方法，它具有稳定性好，可靠性高等优点。但是，随着控制对象复杂程度的加深，特别是对存在强扰动、参数时变性较强的对象，用一组事先整定的PID控制参数经常会出现超调量过大、过渡过程时间较长等缺陷。目前对PID控制参数进行在线调整已有许多方法。其中，模糊控制用于PID参数的调节已为众多学者所注意，已有不少成功应用的例子［1］［2］［4］［3］［6］。用模糊控制器进行参数整定容易将参数的整定经验用模糊语句if（）then（）的形式表达出来，不需要进行参数自适应律的推导，这是其它方法所不可比拟的。但是，若同时对PID控制器的三个参数用模糊控制器进行在线调节［3］［5］［6］，显然会导致控制器过于复杂。本文提出用模糊控制器在线调整PID的比例系数，对积分系数用变积分系数的方法，而对微分系统进行事先整定。文章最后将上述控制策略用于液压伺服系统中，仿真结果表明，设计的系统完全能达到所要求的性能指标。
1　液压伺服位置系统被控对象的数学模型
　　由1250频率特性测试仪实测并结合机理分析计算得到，液压伺服位置系统被控对象结构框图及参数如图1所示。图1中，u为控制电压；Xp为液压缸的输出位移；Fl为外加负载力［1］；ωn1＝69．08为系统的自然振荡频率；ξn1为液压系统的阻尼比，它的变化范围为0．3到0．5；Ap＝0．00125m2为液压缸的有效面积；βe＝6．9×108Pa为油液和油腔管壁的等效容积弹性系数；Vt＝3．74×10－5 m3为油缸两侧管路和油腔的总容积；Kce＝5．14×10－12 m5／N·s为阀控缸的流量压力系数；Ksv＝8．33×10－3 m3／s／A为伺服阀的流量增益系数；Ka＝0．0085A／V为伺服放大器增益；kf＝10V／15mm＝6．67×102v／m为位置传感
函数关系式。其中：被控对象的等效传递函数为：
 　其中：K0为系统的开环增益，在该系统中K0在37．68附近略有变动；ζn1在0．3到0．5之间变化，其余各参数值分别为：ωn1＝69．08，ωn2＝97．34，ζn2＝0．1。
2　模型参考模糊自适应控制器的设计
　　在液压伺服系统中系统的开环