電液位置伺服系統(tǒng)的智能控制.pdf

1、電液伺服控制是控制領(lǐng)域中重要的組成部分，具有輸出功率大、響應(yīng)速度快、控制精度高、信號(hào)處理靈活、易于實(shí)現(xiàn)各種參量的反饋等特點(diǎn)，因而在航空航天、軍事、機(jī)械、交通、冶金等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
　　 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，控制對(duì)象越來越復(fù)雜，人們對(duì)電液伺服系統(tǒng)的控制品質(zhì)也提出了更高的要求，應(yīng)用于電液伺服系統(tǒng)中的一些傳統(tǒng)控制策略已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代控制的要求，這主要是由電液伺服系統(tǒng)的特性所決定的。電液伺服系統(tǒng)是一種嚴(yán)重的不確定非線性系統(tǒng)

2、，系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜，普遍存在外干擾。在有些控制系統(tǒng)中，控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型很難建立，甚至有的根本無法建模，應(yīng)用傳統(tǒng)的基于模型的控制策略對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析則顯得非常困難，而基于知識(shí)和不依賴于精確數(shù)學(xué)模型的智能控制給這類問題的解決帶來了新的思路。
　　 在人造板熱壓伺服系統(tǒng)中，由于木材所具有的特殊物理性能，使得受控對(duì)象“板材”在熱壓控制過程中無法建立解析的模型。現(xiàn)在針對(duì)此類對(duì)象大都采用無模型的PID（Proportion Integr

3、al Differential，比例、積分、微分）的控制策略，但是PID參數(shù)的確定十分困難，通常需要通過大量的實(shí)驗(yàn)分析，才能初步確定可行的參數(shù)，而且一旦原材料發(fā)生改變，則需要重新通過實(shí)驗(yàn)確定控制器參數(shù)。針對(duì)現(xiàn)有PID控制存在的不足，本文將研究一種基于模糊控制技術(shù)的智能控制策略，針對(duì)不同的原材料，該策略通過模糊控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)控制器的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
　　 本文的模糊控制器設(shè)計(jì)如下：采用常見的二維模糊控制器結(jié)構(gòu)，控制器輸入系統(tǒng)的偏差e

4、和偏差變化率ec，輸出控制量u：依據(jù)e的值域，定義模糊控制器的隸屬度函數(shù)的論域[-5V，+5V]；兼顧控制器的運(yùn)算量與控制精度，在論域中劃分7個(gè)模糊子集；為便于控制器的軟件實(shí)現(xiàn)，模糊子集的隸屬函數(shù)的選定為三角形；由于采用的是二維模糊控制器，所有輸入輸出精確量都是7個(gè)模糊子集的劃分，故對(duì)應(yīng)49條模糊規(guī)則；推理機(jī)使用的是Mamdani推理算法，按照最大隸屬度法確定一個(gè)最大隸屬度у；模糊判決則是通過最大隸屬度的平均值法得到模糊控制器的精確輸出

5、u。
　　 目前智能控制的復(fù)雜算法大多是通過程序?qū)崿F(xiàn)的，雖然一些高端的PLC（Programmable Logic Conctroller，可編程邏輯控制器）中具有模糊控制模塊，但其價(jià)格相對(duì)較高，無疑增加控制系統(tǒng)的成本。隨著控制系統(tǒng)的品質(zhì)不斷提高，智能控制的算法也越來越復(fù)雜，PLC的內(nèi)存、運(yùn)算速度、編程語言都會(huì)對(duì)復(fù)雜算法的實(shí)現(xiàn)造成很大的限制。盡管一些PLC的高端產(chǎn)品（如西門子公司的S7-40）具有良好的CPU運(yùn)算速度，但其價(jià)格也

6、相對(duì)較高，增加了控制系統(tǒng)的成本。在PC（Personal Computer，個(gè)人計(jì)算機(jī)）中通過靈活多樣的編程語言實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面及其智能控制算法，則是近些年來智能控制在應(yīng)用方面的主流趨勢。
　　 傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)文本編程語言是根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序的執(zhí)行順序，而美國NI（National Instruments）公司提供的LabVIEW（Laboratory InstrumentEngineering Workben

7、ch）編程軟件是一種圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化語言，這種圖形化的程序源代碼又稱G代碼。LabVIEW采用并行數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序的執(zhí)行順序，它用圖標(biāo)表示函數(shù)，用連線表示數(shù)據(jù)流向。本文正是通過LabVIEW的G代碼編程實(shí)現(xiàn)了電液位置伺服系統(tǒng)的軟件平臺(tái)--人機(jī)界面及其智能控制算法；通過NI公司提供的USB-6008數(shù)據(jù)采集卡從硬件上連接了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)通道--計(jì)算機(jī)可直接驅(qū)動(dòng)伺服閥放大器。

8、r>　　 本文首先對(duì)電液位置伺服系統(tǒng)建立了數(shù)學(xué)模型，在MATLAB中仿真了模糊控制策略應(yīng)用于電液位置伺服系統(tǒng)的控制效果，從理論上證明了此種控制策略相比經(jīng)典控制的優(yōu)越性。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中，通過NI公司提供的USB-6008數(shù)據(jù)采集卡完成了計(jì)算機(jī)與傳感器之間的硬件連接--計(jì)算機(jī)輸入，計(jì)算機(jī)與伺服閥放大器之間的硬件連接--計(jì)算機(jī)輸出；通過LabVIEW的G代碼編程，編制出一套過程可視化的人機(jī)界面，在人界面中實(shí)現(xiàn)了模糊控制算法及系統(tǒng)參數(shù)配置、

9、數(shù)據(jù)曲線繪制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。
　　 系統(tǒng)仿真和系統(tǒng)運(yùn)行都表明本文設(shè)計(jì)的模糊控制策略及其實(shí)現(xiàn)方案是可行的。在控制對(duì)象相同的條件下，相比傳統(tǒng)控制，本文設(shè)計(jì)的模糊控制器能夠有效的減少系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了控制器的自適應(yīng)調(diào)節(jié)；由于本課題使用LabVIEW開發(fā)控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序，不僅省略了多種硬件的購買，而且簡化了系統(tǒng)的調(diào)試過程，有效的節(jié)省了應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)成本，縮短了系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間；使用LabVIEW編程軟件編制的應(yīng)用程序擴(kuò)展性極強(qiáng)，可生成