电液伺服系统的可拓控制策略研究

　　可拓学是1983年由我国学者蔡文提出的一门原创性学科,主要研究不相容问题的转化与解决的规律。可拓学中的可拓集合,为研究智能控制提供了一种全新的工具。当可拓集合中的变换为幺变换(即不变)时,便可退化为模糊集合;当元素具有某种性质的程度只取“是”与“非”两值时,可拓集合便退化为经典集合。即经典集合和模糊集合是可拓集合的特例。因此,以可拓集合论为基础的可拓控制更具有优越性,它有可能突破现有智能控制方法的局限,解决其它智能控制方法难以解决和解决得不够好的控制问题。

　　可拓控制器是以一种全新思维的控制方式来展现其更为优越的控制效果,除了承袭模糊控制器不需建立数学模型且控制规则不受约束的优点外,更借助数据处理计算过程的简化而避免模糊规则数过于庞大造成运算耗时的缺点,保证了系统实时性,使系统具有优良的动态品质和更精确的控制效果。

　　电液伺服系统在冶金机械、船舶控制和航空航天等重要领域中得到了越来越广泛的应用。随着自动化技术的发展和自动化程度的不断提高,对电液伺服系统的稳定性、快速性、准确性、自适应性和鲁棒性等控制品质提出了更高的要求。采用一般的PID控制器想获得满意的控制效果是不太容易的,特别是在系统参数变化超过一定范围时,系统性能会明显下降。本文基于可拓控制理论,用可拓控制器代替传统的PID控制器,对电液伺服系统提出一种新的控制策略,取得了满意效果。

　　1 电液伺服系统的数学模型

　　以某机床水平工作台位置伺服系统为例,图1为其阀控缸原理图。

　　1.1 阀的线性化流量方程

　　式中:QL为负载流量, pL为负载压力, xv为滑阀阀芯的位移, Kq为阀的流量放大系数, kc为阀的流量-压力系数。

　　1.2 液压缸的流量连续性方程

　　式中:Ap为液压缸的有效面积; xp为液压缸活塞位移; Vt为液压缸的总容积;Be为等效容积弹性模数;Ctp为液压缸总泄漏系数, Ctp=Cip+Cep/2, Cip为液压系统的外泄漏系数, Cep为液压系统的内泄漏系数。

　　1.3 液压缸与负载的力平衡方程

　　式中:Mt为活塞及负载的总质量, Bp为活塞或负载的粘性阻尼系数, k为负载的弹性刚度, FL为作用在活塞上的任意外负载。

　　将式(1)、(2)、(3)进行拉氏变换并消去中间变量,在忽略系统的弹性负载和粘性阻力时,得出液压缸输出位移对给定输入位移的传递函数为

　　电液系统方框图如图2所示。图中:Gs(s)为伺服阀的传递函数, Hy为位置传感器的增益, Ky为运算放大器增益, x为阀芯位移, i为力矩马达输入电流, Ka为运算放大器输出电压Uy到力矩马达输入电流i之间的导纳。