摘 要：液壓電梯是一種變負(fù)載、變?nèi)萸?、變粘度的電液速度控制系統(tǒng)，且負(fù)載呈現(xiàn)大慣量、低頻響、低阻尼的特點(diǎn)，其速度控制一直是個(gè)難點(diǎn)。當(dāng)采用常規(guī)PID控制時(shí)，在控制對(duì)象變化時(shí)，控制器的參數(shù)不能自動(dòng)修改適應(yīng)，導(dǎo)致其控制效果不佳。因此本文在分析液壓電梯的工作原理及傳遞函數(shù)的基礎(chǔ)上，將模糊控制與PID控制相結(jié)合，利用模糊推理方法實(shí)現(xiàn)對(duì)PID參數(shù)的在線自整定，對(duì)液壓電梯速度進(jìn)行控制。并與常規(guī)PID控制進(jìn)行比較后，得出本文所采用的模糊自適應(yīng)PID控制策略能使轎廂更好的跟蹤理想速度曲線，控制效果更為優(yōu)良。

關(guān)鍵詞：液壓電梯；模糊控制；仿真

中圖分類號(hào)：TP273.2

液壓電梯是一種典型的速度控制系統(tǒng)，目前在國內(nèi)外實(shí)際控制中一般都采用閉環(huán)PID控制，但是針對(duì)液壓電梯這樣具有非線性、大滯后、時(shí)變性的特點(diǎn)時(shí)，經(jīng)典PID控制效果往往不佳[1]。為了達(dá)到理想的控制精度和穩(wěn)定性，提高乘客乘坐的舒適感。本文將模糊自適應(yīng)PID控制策略應(yīng)用到液壓電梯速度控制中，為液壓電梯速度控制器在線優(yōu)化與自適應(yīng)提供新思路和新技術(shù)，具有較高的理論價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

1 液壓電梯系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)與傳遞函數(shù)

1.1 液壓電梯系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)

液壓電梯是一種典型的機(jī)電液一體化產(chǎn)品，其基本組成包括以下方面，泵站系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、承重升降系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)[2]。但本文旨在研究液壓電梯的速控制策略，因此忽略液控單向閥的開關(guān)特性，動(dòng)滑輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，定滑輪的質(zhì)量和粘性摩擦力等次要因素，現(xiàn)將系統(tǒng)做適當(dāng)簡化，如圖1所示。

1.2 液壓電梯系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

簡化后的系統(tǒng)主要由變頻器-電動(dòng)機(jī)部分、液壓部分和機(jī)械提升部分組成[3]。根據(jù)力矩平衡方程、理想氣體狀態(tài)方程、牛頓第二定律及胡克定律等建立各個(gè)主要環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，并作適當(dāng)變動(dòng)和線性化處理，忽略系統(tǒng)的非線性摩擦和溫度變化導(dǎo)致的油液粘度變化等特性，經(jīng)Laplace變換[4]，[5]，并將相關(guān)參數(shù)代入，得其開環(huán)傳遞函數(shù)為：

2 電梯理想速度曲線

電梯在使用過程中，伴隨著頻繁的加速和減速過程，而且作為一種垂直升降的運(yùn)輸設(shè)備，乘客對(duì)其速度的變化更為敏感。因此對(duì)電梯系統(tǒng)的控制必須考慮乘坐的舒適感。由前人實(shí)驗(yàn)得知，影響乘客舒適感的最大因素并非加速度，而是加速度的變化率。因此，提出采用余弦加速度導(dǎo)數(shù)連續(xù)原則設(shè)計(jì)了具有正弦函數(shù)特征的速度曲線[6]，如圖2所示。v為電梯的理想速度曲線，a為加速度曲線，a，為加速度的變化率。

圖2 理想速度曲線

3 液壓電梯速度控制系統(tǒng)的建模

3.1 液壓電梯速度控制原理

液壓電梯的速度控制是利用閉環(huán)反饋的方式進(jìn)行控制，通過速度傳感器直接測試轎廂的運(yùn)行速度，并作為反饋信號(hào)，利用與理想速度曲線的偏差和偏差的變化率來對(duì)轎廂速度進(jìn)行PID控制[7]，且通過模糊推理對(duì)PID三個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，其速度控制原理如圖3所示。

圖3 液壓電梯速度控制原理圖

3.2 模糊自適應(yīng)PID控制器設(shè)計(jì)

模糊自適應(yīng)PID控制器是利用不同偏差E和偏差變化率EC作為輸入，通過專家的PID參數(shù)整定經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的模糊控制規(guī)則對(duì)PID的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同時(shí)刻的E和Ec對(duì)PID參數(shù)的自整定要求[8]。其結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

圖4 模糊自適應(yīng)PID控制器的結(jié)構(gòu)

3.3 仿真模型的建立

結(jié)合液壓電梯主要環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)和模糊自適應(yīng)控制原理，搭建如圖5所示的模糊自適應(yīng)PID控制仿真模型和常規(guī)PID控制仿真模型。其中模糊自適應(yīng)PID控制器的模型如圖6所示。根據(jù)上述控制器的設(shè)計(jì)，取模糊控制器的量化因子分別為Ke=0.9， Kec=0.02；模糊輸出的比例因子Kup=3.2、Kui=2.3、Kud=0.15[9]。

圖5 系統(tǒng)仿真模型

圖6 模糊自適應(yīng)PID控制器仿真模型

4 仿真與結(jié)論

本文針對(duì)液壓電梯這種受隨機(jī)因素干擾，具有大慣性、純滯后的非線性分布參量的復(fù)雜控制對(duì)象，采用了模糊自適應(yīng)PID為控制策略。并以MATLAB軟件為輔助工具，對(duì)模糊自適應(yīng)PID控制和常規(guī)PID控制進(jìn)行仿真試驗(yàn)[10]，如圖7所示，結(jié)果表明，文中所采用的控制方法能很好的控制速度的各個(gè)運(yùn)行階段，確保了系統(tǒng)的控制響應(yīng)速度和穩(wěn)定精度，使得轎廂能較好的跟蹤理想曲線的速度特性運(yùn)行。

圖7 模糊自適應(yīng)PID控制和常規(guī)PID控制仿真結(jié)果

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作者簡介：楊林（1987.11-），男，工程師，現(xiàn)從事電梯檢驗(yàn)工作，碩士，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)理論專業(yè)，研究方向：復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)特性分析與智能控制。

作者單位：大連市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，遼寧大連 116013