运用模糊控制的电液同步控制系统研究

    随着液压技术在工程领域中的应用日益扩大，大型设备负载能力增加或因布局的关系需要多个执行元件同时驱动一个工作部件时，同步运动就显得更为重要。同其他方式相比，液压同步驱动具有结构简单、组成方便、易于实现自动控制和适宜大功率的场合等特点。但是由于液压系统的泄漏、执行元件等存在非线性摩擦阻力、控制元件间的性能差异、各执行元件间负载的差异、系统各组成部分的制造误差和油液的可压缩性等因素的影响，将造成多执行机构的同步误差，如果不能有效地加以控制并克服这种同步误差，系统将不能正常工作［1］。

    液压同步控制系统可分为开环同步系统和闭环同步系统。由于开环控制系统不能消除累计误差和同步精度低等原因，因此高精度的控制系统基本都用闭环控制来实现。液压闭环系统可分为比例系统和伺服系统。比例系统虽然动态响应性能不如伺服系统，但其低价位和易保养的特点使其在精度要求不是非常高的场合得到了广泛的运用。近年来，比例系统在动态响应性和精度方面的性能已经很接近伺服系统。由于比例系统的广泛运用，与之相关的控制方法的研究变得越来越重要。然而，严重的非线性和液压参数的不确定性等因素的影响使精确数学模型的建立变得很困难。近三十年来，为了克服这些难题，发展出了很多的控制策略，其中最有效的方法之一是模糊控制［2］。模糊控制能够为具有非线性、大时滞、不确定性和时变性等无法建立精确数学模型的系统提供有效的控制策略。与传统控制方法相比，模糊控制利用人类专家控制经验，显示了鲁棒性好、控制性能高等优点。

    1 同步控制系统原理

    在 1994 年，Hogan 和 Burrows 研究了同步控制中的油缸受力不均衡问题，指出: 为了在负载不均衡的条件下进行同步控制，必须对每个油缸采取单独控制［3］。基于以上理论，本文以双缸起道机为载体，建立了一个包括两个单缸控制器和一个双缸同步控制器的电液双缸同步举升控制系统，系统的两个液压缸由相互独立的两个电液比例阀控制，如图 1 所示。为了补偿单泵供油带来的耦合作用和系统非线性因素干扰引起的误差，系统采用两个相互独立的控制器来实时控制液压缸的位置和速度。仿真试验表明此控制策略能有效地提高系统同步性能，并减小单个液压缸运动位置误差。

    2 系统建模^{［3，4，8］}

    为了实现同步系统的自动控制，设计出满足控制精度、响应速度及可靠性要求的控制器，必须对系统构成闭环的各个环节进行数学建模。