液压调速系统速度平稳性的模糊控制

　　目前,在液压调速系统中,广泛采用调速阀节流调速系统来调节液压缸(马达)的速度(转速)。当外界负载变化缓慢时,这种调速系统具有较好的速度平稳性,但是当外界负载突然剧烈变化时,该系统不仅会产生液压缸(马达)明显的速度(转速)瞬间波动,而且系统中溢流阀的响应反而增加液压缸(马达)速度(转速)的波动,导致该速度(转速)振荡的衰减相当慢,同时产生液压冲击、噪声、振动等现象,使得对速度平稳性要求较高的液压系统不能正常工作。本文介绍的一种模糊控制比例溢流阀调速系统能有效地提高系统速度平稳性。

　　1 常见调速阀节流调速系统速度平稳性分析

　　图1是常见回油路调速阀节流调速系统。如果外负载突然减小,活塞受力便失去平衡,积聚在液压缸无杆腔油液的压力能迅速释放,压力急剧下降,使液压缸产生明显的瞬间速度的上升,出现前冲现象;同时,由于液压缸无杆腔的压力骤降,致使溢流阀阀口迅速关小(甚至关闭),以期望提高和恢复无杆腔内的原压力值。但是这样却造成流经溢流阀的流量急剧降低,使液压泵输出大量升压后的油液直冲液压缸,导致液压缸速度再度升高。可见:普通溢流阀对突然减小的外负载响应,反而抑制了液压缸速度的衰减,增加了其不平稳性。显然,如果这时开大溢流阀的阀口,则能够有效地减小或消除液压缸的速度上升和前冲现象。

　　2 模糊控制比例溢流阀-调速阀调速系统及其结果分析

　　基于上述分析,设计了一种模糊控制比例溢流阀--调速阀节流调速系统(图2),其液压部分数学模型如下:

　　式中:b--速度阻尼系数; D--液导; R)液阻; w--面积梯度; C--液容; E--体积弹性模量。

　　模糊控制器的输入分别为液压缸速度偏差$v和其随时间变化率dp/dt所对应的模糊变量E和C,模糊控制器的输出是比例溢流阀中比例电磁铁的输入电流I所对应的模糊变量U。将E、C和U分为7个模糊子集;确定它们的模糊论域[-6,+6],给定它们各自的模糊子集的隶属度并用表格表示之;用一组语句总结控制策略,得到52条控制规则,由每一条控制规则得到一个三元模糊关系系统总的控制规则对应(x,y,z)];根据输入E和C,求得控制量U: U=(E(y)];由上面求得的模糊子集U,采用加权平均判决法即得到控制量(Ui)),对应每组E和C,有相应控制量,进行适当的修改,即可得模糊控制表。采用美国Mathworks公司开发MATLAB615+SIMULINK编制系统程序。

　　模糊控制比例溢流阀-调速阀调速系统能较好地保持其动态速度的平稳性。例如:当外负载突然减小,液压缸速度和加速度增加时,液压缸的速度和加速度信号由传感器经A/D输入到计算机,经模糊算法得出的模糊控制器输出信号经D/A转换和放大器的信号放大,开大比例溢流阀的阀口。这样,一是增加了溢流流量以减少流入液压缸的流量;二是同时降低了液压缸无杆腔的压力,减缓其压力能的快速释放。这样从流量和压力两方面达到了改善液压缸速度平稳性和动态特性的目的。图3是在阶跃输入信号下,系统液压缸速度响应仿真曲线图。