電液速度控制系統(tǒng)的自適應(yīng)控制

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)在實際工程控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛［1－3］，如雷達天線控制系統(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)和液壓馬達轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，就液壓馬達轉(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速度控制系統(tǒng)、泵控液壓馬達開環(huán)速度控制系統(tǒng)、泵控液壓馬達閉環(huán)速度控制系統(tǒng)和位置開環(huán)泵控液壓馬達閉環(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

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，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)誤差方程多項式代數(shù)法設(shè)計自適應(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］.機械工程學(xué)報，2000，36（5）：107－110.

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

［5］韓俊偉.機電液控制系統(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.