气液联控位置伺服系统模糊并联控制

　　气液联控的基本思想,是将液体介质引入到常规气压伺服系统中,并进行闭环控制,以获得连续可调的阻尼力,进而直接影响系统的动、静态特性。在该系统中,液体部分不需要液压源,其动力由气压部分提供,是一个封闭的自循环系统,因此其体积小,结构简单。液体介质的引入,给系统动态特性的调节提供了全新的途径,提高了控制的灵活性,可望从根本上解决常规气压伺服系统的低精度和低刚度问题。目前常规气压伺服系统应用的场合,基本上都可以应用气液联控伺服系统。

　　1 气液联控系统的构成

　　气液联控位置伺服系统的结构如图1所示,系统由气液缸和负载(惯性负载和阻力负载)、传感器、计算机及控制器、高速开关阀组成。基本工作原理是:位移传感器采集的位置信号与给定信号相比较,得出偏差信号,经过特定算法计算,计算机发出PWM控制信号分别控制液压阀和气压阀的开或关,使得系统向着减小偏差的方向运动,从而实现负载位置的伺服控制。在此系统中,气液缸采用串联形式。

　　在本系统中,考虑到成本,尤其是将来进入实际应用时的系统成本问题,选用了相对于伺服阀价格很低的气、液高速开关阀作为控制阀,采用脉宽调制控制方式。设计制作了高速开关阀驱动和放大电路。系统中采用了直线光栅位移传感器,分辨率为5Lm,位置准确度为0.015 mm。在气液缸活塞杆上,加装了力传感器,以测量负载力。气液联控试验台的结构如图1所示。

　　2 系统的模糊并联控制

　　由于高速开关阀以电磁铁作为电-机械转换元件,必然存在死区和饱和特性;另外在以气体为主的气液联控系统中,一些参数很难确定。在进行系统分析时,对高速开关阀等非线性元件进行了线性化处理,这些因素都导致了系统数学模型的不精确。所以采用基于数学模型的传统控制算法不易实现系统的高精度和高性能控制。

　　模糊控制是以模糊集理论为基础发展起来的一种控制算法,它的优点是不需考虑系统的数学模型,而是根据专家经验和相关知识,用模糊理论和模糊推理来完成伺服系统的精确控制,在很大程度上弥补了传统控制方法的不足。

　　气液联控系统中采用了模糊控制方法进行系统的位置伺服控制,系统控制原理如图2所示。模糊控制器的输入量是偏差e和偏差的变化$e,输出量U是气、液高速开关阀在一个调制周期内的占空比,即一个调制周期内高电平时间的百分比。

　　2.1 气压部分的模糊控制

　　1)模糊子集的确定

　　在本系统中,根据e、和气压阀控制量U的实际大小将整个论域划分为7个模糊子集,即负大(NB)、负中(NM)、负小(NS)、零(Z)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)。液压阀控制量的模糊集为零(Z)、小(S)、中(M)、大(B)。