静液压传动的自适应模糊逻辑控制

　　0 概述

　　静液压传动系统在工业中应用十分广泛,然而,描述这些系统的模型是非线性的而且易受由系统参数知识的缺乏、液体特性和系统元件的改变和退化引起的不确定性的影响,这意味着描述系统的数学模型即使是可行的也是十分复杂而且很难分析。

　　对于动态特性随工况而变化的工业过程,要求控制器在各种工况下均能满足指定的性能指标。为了补偿过程参数变化和非线性等不确定因素的影响,针对过程的不同工作状态,将系统在一些特定的工作点进行线性化处理,以便进行系统建模和控制器设计,然而线性控制又不能满足一些控制精度要求较高的系统[1]。基本的误差驱动模糊逻辑控制同线性控制一样存在性能上的不足。这是因为系统特性随速度变化,而误差驱动系统无法知道工作速度。当然速度特征可以在选择模糊规则基时加以考虑,但这会使模糊控制器过于复杂(如规则基的维数增加,设计不直观),失去模糊控制简单这一优点。

　　本文将探讨所要求的性能既可以以直观方式设置又可以自动地响应过程特性的变化的控制方法—自适应模糊逻辑控制。

　　1 静液压传动速度控制

　　例如液压马达驱动一个成型设备,在改变负载循环和压力时经常需要精确的速度控制(如跟踪预定义的速度输出特性曲线)。本文以伺服阀控制的轴向柱塞马达的转速的变化来分析自适应模糊逻辑控制的特点。静液压传动系统组成和控制原理如图1所示。根据相似系统原理,液压马达的线性化电液相似模型如图2所示。根据文献[2]液压马达线性化方程:

　　2 自适应模糊逻辑控制器

　　2.1 自适应模糊逻辑控制系统及描述

　　自适应模糊控制算法和控制规则参考文献[3]。自适应模糊逻辑控制系统的结构如图3所示。其基本作用归纳为:①导出合适的控制行为,同时评价其性能;②基于该评价修改控制行为。

　　因此自适应模糊逻辑控制有2个工作层。①基本模糊逻辑控制。确定实际输入量的最大变化范围,即模糊论域;确定模糊语言值及相应的隶属度函数,输入被模糊化;作出关于模糊输入的模糊推论,输出被解模糊化成一个状态值作为过程反馈输入。②自适应层。主要由性能指标、过程模型、规则修改和状态缓存器组成。图3中,p_in代表输入比例或尺度变换因子,p_out是输出比例或尺度变换因子,它们分别可调。规则如下:

　　(1)控制器的输入为速度误差e(kT),误差变化率ec(kT),则控制器的输出为u(kT);

　　(2)当前时间瞬时为kT,过程输入(信用赋值)或输入修正量为pi(kT);