双缸同步液压系统单神经元PID控制仿真研究

　　引 言

　　同步驱动及控制技术在各种金属加工设备、冶金机械、工程机械以及航空航天驱动装置中都有着日益广泛的应用, 且随着现代工业的发展, 对同步精度的要求也越来越高。

　　常用的传统控制方式多为“主从方式”, 即指多个需同步控制的执行机构以其中一个执行机构的输出为理想输出, 其余执行机构来跟踪这一选定的理想输出而达到同步驱动^[1]。 但是多执行机构驱动不均衡负载, 在跟踪调整的过程中, 各执行机构的输出不同步, 势必存在着相互作用, 这种相互作用会使得整个系统的动态性能恶化, 出现超调量过大、同步调整时间过长等现象, 严重时可以使系统失稳, 在液压缸负载差别较大时甚至会造成活塞和活塞杆的卡死^[2]。

　　对应于传统的“主从方式”, 一种基于“同等方式”概念的同步控制近年来逐渐受到重视^[3][4][5], 这种方式是指多个需同步的执行机构同时跟踪设定的理想输出, 分别受到控制而达到同步驱动的目的。这种控制方式能把液压缸之间的相互作用减到最小, 而且由于是对同一信号的跟踪, 这种方法的跟踪误差小, 因此调整时间短, 系统的动态性能更稳定, 便于获得较高的同步精度。但这种控制方式需要同时对多个执行机构的液压回路进行流量的调节, 各个回路之间的压力和流量必定会相互影响而使得无法实现稳定的控制。由此可见实现这种控制方式的最大难点在于寻找合适的控制算法, 使其满足多个执行回路能够同时进行在线快速自调整, 以解除多回路之间的相互影响, 实现快速同步的目标。

　　单神经元PID控制结构简单, 能够在线进行控制参数的快速调整, 并且已经成功地应用于其它工业场合解决了相似的控制难题^[6]。本文改进了其算法, 并应用于同等方式的同步控制过程中, 利用AMEsim和simulink的联合仿真对双缸同步液压系统进行验证, 收到了良好的效果。

　　1 单神经元PID控制器及改进算法

　　1.1 单神经元的数学模型

　　单神经元是一个具有自学习和自适应能力的多输入单输出的非线性处理单元, 其基本结构如图1 所示:X₁,X₂……X_N是神经元接收的信息, W₁,W₂……W_N为连接权值。利用简单的线性加权求和运算把输入信号的作用结合起来构成净输入。其中θ是神经元的阀值, k 为神经元的比例系数。神经元的输出y 是当前状态的函数, 即y=f(input), f(x)为Sigmoid 函数, 它使得神经元的输出是限制在两个有限值之间的连续非减函数。