电磁阀测试系统综合控制研究

　　摘　　要:针对电磁阀测试系统中压力、流量等流体被控参数存在复杂、非线性、时变不确定性及一定程度的纯滞后等特点,提出了系统综合控制方案·以油介质电磁阀实验回路为原型,建立了系统数学模型,采用了智能控制综合算法来实现被控参数的精确控制·通过Matlab/Simulink进行了电液联合控制仿真,将仿真结果进行比较,验证了控制算法的有效性;将控制算法引用到电磁阀测试实验中,通过实验结果对比分析,最终确定了适合本系统的最优综合控制策略·

　　电磁阀实验是电磁阀产品开发及改造过程中用于检验产品性能和质量的有效手段·在各项实验中,需要根据实验要求对流体回路中的流量和压力进行实时精确控制·因此,如何对系统流体回路中的各项被控参数进行快速、精确控制,将是成功开发智能化电磁阀测试系统的关键[1-4]·

　　1　系统控制原理及数学模型建立

　　为进行控制算法的研究,以油介质电磁阀实验回路为原型,建立流体回路模型如图1所示·

　　由图1可见,本系统是一个典型的机电液复合控制系统,具有元器件多、管路复杂、难于控制等特点·其控制原理为:由各传感器检测出系统流量及压力信号并实时反馈给工控机,工控机接收输入和反馈信号,经过运算分析,得出各控制单元的控制信号;对溢流阀的设定压力、电动调节阀的开度及截止阀的通流量进行调节,实现综合阀控;同时,通过变频器改变泵的转速,并与定量泵配合,实现多泵综合控制·进而完成对被测阀流量和压力的实时综合控制·

　　下面以该系统为研究对象,忽略一些次要因素,对系统中的各环节进行动态分析,建立相应的数学模型·

　　被测阀前管路的流量连续性方程为

　　式中:Qp为泵的实际流量;Qc为蓄能器的实际流量;Qy为溢流阀的实际流量;Qv为被测电磁阀的实际流量;Qj为比例节流阀的实际流量;Ps为系统压力;Pvf为电磁阀阀前压力;Pvr为电磁阀阀后压力; Vg1为被测阀前管路有效体积; Vg2为被测阀后管路有效体积;Eh为管路内流体的有效弹性模量·

　　由该控制系统的数学模型可见,系统呈现典型的非线性、时变不确定性及一定程度的纯滞后,因此需要寻求合适的控制算法,以满足系统综合控制的要求·

　　2　系统综合控制策略

　　由于单纯的PID控制不能满足复杂系统的控制要求,针对本系统的特点,将模糊控制和神经网络控制方法与PID控制算法相结合对其进行综合控制[5-6]·

　　2.1　基于模糊切换的模糊PID复合控制

　　本文设计了一种通过模糊规则切换两种控制规律的无触点的切换方式,优化了控制器的设计,弥补了常规模糊PID分段复合控制算法的不足·