电液伺服疲劳试验机波形幅值的模糊补偿

　　引　言

　　采用常规控制技术的电液伺服疲劳试验机,随着试验信号频率的增加会出现输出幅值衰减的现象。简林柯、陈振等[1-2]的仿真研究表明,应用重复 控制理论设计控制器可以提高系统在高频段跟踪周期性输入信号的能力。鉴于目前重复控制理论在相对稳定性、稳定鲁棒性、学习能力、优化的设计方法、非线性重 复控制等方面存在的问题[3],尤其是算法计算时间与计算机控制系统资源之间的矛盾,使得该控制方法在电液伺服疲劳试验机上并未得到广泛应用。目前,试验 机生产厂家广泛采用算法简单、计算速度快的PID类控制算法。

　　对疲劳试验而言,信号幅值的衰减将导致对试件所施加应力强度的降低,是影响试验结果准确性的关键因素。有的疲劳试验机产品需要用户通过手工修改 设定信号的方法来解决输出信号幅值衰减的问题。电液伺服系统是一个时变非线性系统,参数的变化会引起系统数学模型的变化,采用手工修正的方法显然不能保证 很高的控制精度。本文利用模糊控制原理[4-5],通过对实际输出波形的检测,经模糊推理得出补偿因子,并应用补偿因子对波形的幅值进行实时修正,提高了 系统的控制精度

　　1　波形补偿原理

　　如图1所示,采用双闭环控制结构。内环采用PID控制算法,外环周期性对系统实际输出波形的幅值进行计算。把幅值设定(AI)与幅值检测 (AO)的　偏差E及其偏差变化率ΔE作为模糊控制器的输入,模糊控制器的输出(U)送给累加器(累加器初始值为1)得到幅值补偿因子(K),通过乘法器 将幅值设定(AI)调整至AIM。输入信号幅值的改变,输出信号幅值亦随之改变,从而实现对波形幅值的补偿功能。

　　2　波形幅值的测量方法

　　以采样周期Ts为时间间隔批量读取数据采集卡缓冲区内的数据,通过数字滤波处理后得到系统当前时刻的输出值(Y),计算出1个波形周期内系统输出量的最大值(Ymax)和最小值(Ymin)。可以得出波形幅值AO=(Ymax-Ymin)/2,具体流程如图2所示

　　3　模糊控制器的设计

　　3.1　论域的选择

　　偏差E的基本论域为[-3,3],偏差变化率ΔE的基本论域为[-10,10],决策输出U的基本论域为[-0.7,0.7]。偏差所取的模糊子集的论域为[-6,6],偏差变化率所取的模糊子集论域为[-6,6]。

　　3.2　精确量的论域变换

　　利用变换式(1)把偏差及偏差变化率在各自基本论域[A,B]区间内的值(x)转化为其模糊子集论域[-6,+6]之间的值(y)

3.3　模糊查询表的设计

　　模糊推理是通过将人的操作经验转化为模糊语言的形式获取,利用模糊集合理论和语言变量的概念,把利用语言归纳的手动控制策略上升为数值运算。本文根据E,ΔE及U的实际物理意义,构造出的模糊控制规则如表1所示。