模糊控制在同步运动中的应用

　　0 引言

　　水控阀是使弹性推射装置的弹性体储存的能量实现可控释放的关键组件,其机械结构拟借鉴液压平衡式推射装置上的滑阀,但驱动形式由单缸驱动改为双缸驱动。在弹性推射装置中,为了使储存在弹性体中的能量实现迅速可控释放,就必须对水控阀的运动进行伺服控制,使其在伺服液压缸的驱动下,输出位移能够以高精度跟踪理想曲线,双缸同步误差不大于?015 mm。这是一个必须解决的技术难题。

　　1 双缸同步控制系统数学模型

　　图1为双缸同步控制系统组成原理图。

　　2 控制算法

　　控制器的结构设计包括:两个同步子系统控制器的设计,调节器的设计。基本设计思想是首先对两个同步子系统分别进行控制,尽量使其具有近似的静、动态特性。当然由于加工精度、环境影响、非线性、时变及外负载的干扰等,两个同步子系统的输出会有偏差,该偏差经过调节器的处理后,作用于同步子系统2,使同步子系统2跟踪同步子系统1,实现同步控制的目的。

　　2.1 子系统控制器设计

　　子系统控制器采用常规PID控制,通过调节Kp、Ki、Kd三个参数,使子系统达到满意的静、动态特性。

　　2.2 调节器设计

　　调节器采用积分分离的模糊PI控制器,其结构如图2所示。

　　其中uf为模糊控制器输出:

　　3 系统仿真及结果分析

　　3.1 子系统控制器仿真

　　在进行双缸同步控制器设计前先进行子系统控制器设计,其目的是使单个阀控缸子系统达到良好的动、静态特性。为此,设计了一个PID控制器,并对仿真结果进行分析。

　　PID控制响应结果:

　　图3分别为Kp=10、15、20,Ki=0,Kd=0时的仿真结果,其中1为指令曲线(单位:mm),2为滑块位移曲线(单位:mm),3为跟踪误差(单位:mm),4为负载压力变化(单位:0.1 MPa),横坐标单位:s。

　　从仿真结果来看,系统在跟踪斜坡段信号时有一恒定误差,因此该系统可看作一个I型系统,增大系统增益(Kp值),可以减小跟踪误差,同时会增加误差的波动。Kp值过大,会使系统不稳定,这从负载压力变化可以看出来,随着增益的增加,曲线4(负载压力曲线)开始出现振荡,当Kp值增加到20时,系统不稳定。K1值对系统的影响:

　　为了考察积分系数Ki对控制规律的影响,采用固定Kp值,逐渐增大Ki值的方法,图4分别为Kp=15,Ki=1、5、10时的仿真结果。其中1为指令曲线(单位:mm),2为滑块位移曲线(单位:mm),3为跟踪误差(单位:mm),4为负载压力变化(单位:0.1 MPa),横坐标单位:s。

　　从仿真结果来看,增大Ki值,可以使跟踪误差逐渐减小,这主要是因为在系统前向通道引入积分环节后,使系统近似为Ⅱ型系统,其跟踪斜坡信号的稳态误差变为零。但由于系统调节时间比工作时间长得多,故积分环节在此作用效果不明显。从仿真结果来看,其对跟踪误差的波动影响不大。