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        電液速度控制系統(tǒng)的自適應(yīng)控制

        2013-10-29 10:21:54王青林黃曼霞
        湖北工程學(xué)院學(xué)報 2013年3期
        關(guān)鍵詞:開環(huán)電液傳遞函數(shù)

        王青林,黃曼霞

        (1.商丘技師學(xué)院,河南 商丘476000;2.商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 商丘476000)

        電液速度控制系統(tǒng)在實(shí)際工程控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛[1-3],如雷達(dá)天線控制系統(tǒng)、六自由度轉(zhuǎn)臺速度控制系統(tǒng)、火炮速度控制系統(tǒng)以及用穩(wěn)定平臺速度控制系統(tǒng)等較大功率的控制系統(tǒng)中都采用電液控制系統(tǒng)[4]。速度控制系統(tǒng)的控制對象是系統(tǒng)的輸出速度。在電液速度控制系統(tǒng)中,通過速度傳感器,將系統(tǒng)的輸出速度反饋到系統(tǒng)輸入端,構(gòu)成速度控制回路,如圖1所示。

        圖1 電液速度控制系統(tǒng)原理圖

        液壓速度控制系統(tǒng)通常有液壓缸輸出速度控制系統(tǒng)和液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng),就液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)而言,電液速度控制系統(tǒng)的控制方式主要有閥控液壓馬達(dá)速度控制系統(tǒng)、泵控液壓馬達(dá)開環(huán)速度控制系統(tǒng)、泵控液壓馬達(dá)閉環(huán)速度控制系統(tǒng)和位置開環(huán)泵控液壓馬達(dá)閉環(huán)速度控制系統(tǒng)等典型的電液速度控制系統(tǒng)[5-7],其開環(huán)傳遞函數(shù)為:

        由上式可知,該系統(tǒng)為零型有差系統(tǒng),輸出速度偏差隨速度的增大而增大,這說明不能由位置系統(tǒng)簡單地用速度反饋來實(shí)現(xiàn)速度控制,會導(dǎo)致速度偏差的問題,甚至使系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定或穩(wěn)定裕量較小。

        1 電液速度控制系統(tǒng)與希望模型

        設(shè)某典型的電液速度控制系統(tǒng),它的開環(huán)傳遞函數(shù)如式(1)所示。式(1)中:K0=20,ωh=165,ζh=0.1。

        取滿足希望動態(tài)性能指標(biāo)的希望模型的閉環(huán)傳遞函數(shù)為:

        式中:Km=1,ωm=173.2,ζm=1.8764。

        圖2 液壓速度控制系統(tǒng)及希望模型SIMULINK仿真模型

        圖3 液壓速度控制系統(tǒng)及期望模型SIMULINK仿真模型

        閉環(huán)后的電液速度控制系統(tǒng)及希望模型SIMULINK仿真模型如圖2所示。在方波信號作用下,其輸出響應(yīng)如圖3所示。

        由圖3仿真曲線可知,速度控制系統(tǒng)盡管穩(wěn)定,但其穩(wěn)定性很差,穩(wěn)定裕度很小,系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線在初階段產(chǎn)生激烈的振蕩,過渡過程時間較長,并且系統(tǒng)存在一定的輸出速度誤差。

        2 自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)

        取自適應(yīng)廣義誤差為:

        被控系統(tǒng)的控制輸入為:

        參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律為:

        圖4 電液速度自適應(yīng)控制系統(tǒng)SIMULINK仿真模型

        3 電液速度自適應(yīng)控制系統(tǒng)的仿真試驗(yàn)研究

        圖5 電液速度自適應(yīng)控制系統(tǒng)在不同信號作用下的輸出響應(yīng)曲線

        根據(jù)上述電液速度自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì),可以作出電液速度自適應(yīng)控制系統(tǒng)的SIMULINK仿真模型,如圖4所示。該電液速度自適應(yīng)控制系統(tǒng)在不同輸入信號作用下的輸出響應(yīng)如圖5所示,系統(tǒng)動態(tài)特性得到極大的改善。

        4 結(jié)論

        1)由于電液速度控制系統(tǒng)是零型有差系統(tǒng),輸出速度偏差隨速度的增大而增大,這說明不能由位置系統(tǒng)簡單地用速度反饋來實(shí)現(xiàn)速度控制,這不但存在速度偏差的問題,還可能使系統(tǒng)變?yōu)椴环€(wěn)定或穩(wěn)定裕量較小。

        2)本文根據(jù)誤差方程多項(xiàng)式代數(shù)法設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制器,構(gòu)成電液速度自適應(yīng)控制系統(tǒng),控制算法簡單,有利于在線控制。

        3)通過輸入不同控制信號進(jìn)行仿真研究,可知該電液速度自適應(yīng)控制系統(tǒng)控制效果良好,被控系統(tǒng)一致地收斂希望模型的輸出,使之滿足系統(tǒng)要求的動態(tài)性能。

        [1]Katsuhiko Ogata.現(xiàn)代控制工程[M].3版.盧伯英,于海勛,譯.北京:電子工業(yè)出版社,2000.

        [2]王積偉,陸一心.現(xiàn)代控制理論與工程[M].北京:高等教育出版社,2003.

        [3]吳振順.變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制器及其在液壓伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程學(xué)報,2000,36(5):107-110.

        [4]熊漢文,付忠輝等.單片機(jī)控制的智能PID控制器在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓,2001,170(2):42-43.

        [5]韓俊偉.機(jī)電液控制系統(tǒng)仿真與CAD[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2006.

        [6]張鍵成.控制理論基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2007.

        [7]吳振順.液壓控制系統(tǒng)[M].北京:高等教育出版社,2008.

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