基于FUZZY-PID的新型数字液压同步控制研究

　　随着工业技术的迅速进步，液压同步控制在各类金属加工设备、工程机械、冶金机械、建筑施工等领域得到越来越广泛的应用，对高精度的液压同步控制技术要求也越来越迫切。目前影响同步精度因素主要是所采用的液压同步控制元件和实现闭环控制的策略、算法。本文提出采用模糊 PID 对一种基于新型数字同步阀的同步系统进行控制研究，在分析新型数字同步阀基础上，设计了 FUZZY-PID控制器，对同步系统进行了控制性能动态仿真。

　　1 新型数字液压同步系统

　　1.1 新型数字同步阀介绍

　　本文研究的同步系统是一种基于新型数字同步阀的双缸液压系统。该数字同步阀结构如图 1 所示。

　　新型数字阀主要由步进电机、主阀芯、补偿阀芯和梭阀组成，主阀芯采用负遮盖的滑阀结构，主阀芯轴向移动通过步进电机及丝杆机构驱动。油源压力油经稳压后进入数字同步阀 P 腔（压力为 P_S）经过一次节流口 f₁、f₂分成两路，分别进入腔 a₁、a₂（压力为 p_a1、p_a2）。再经过二次节流口 f₃、f₄进入 b₁、b₂腔进入两液压执行元件。同时，b₁或 b₂腔的压力油通过梭阀进入两结构对称的补偿阀的上腔。当两腔负载压力不等时，较大负载端的压力由梭阀选择并反馈到补偿阀芯另一侧的弹簧腔，引起两补偿阀芯各自移动，使两个二次节流口调整开度，即调整各自的节流压降，进而调整一次节流口前后油液压差，使该数字同步阀根据负载压力变化进行补偿。

　　由于各种因素如液动力、弹簧压缩力、非线性摩擦力、泄漏、阀结构本身及执行元件的结构不对称会影响执行元件的同步精度，这时可以通过步进电机驱动主阀芯调节一次节流口的大小来实现流量主动分配，实现动态同步控制。

　　1.2 双缸同步控制系统

　　为研究问题方便，以双缸同步系统为例，如图 2 所示。新型数字同步阀控制两液压缸实现同步动作的动态调节是由步进电机驱动主阀芯移动来实现的。步进电机转动是随两液压缸的同步误差大小及方向变化的，步进电机转向和转动步数应能由调节器控制产生，形成了检测、调节输出、执行的一个典型的闭环系统。

　　2 FUZZY-PID 调节控制器设计

　　2.1 FUZZY-PID 调节控制器结构设计

　　PID 控制器结构简单，对模型误差具有鲁棒性及易于操作广泛用于工业控制领域。文中控制器控制元件为步进电机，易采用增量式 PID，其控制算法离散表达式为：