重复控制补偿的PID电液伺服位置控制

    引 言

    液压系统的动态响应特性是评价液压系统优劣的重要因素，能够准确地对液压系统的动态仿真，对于改进液压系统的设计，提高液压系统的可靠性具有重要的意义。

    目前随着液压系统的大型化，复杂性的不断提高，利用积分和微分方程建模进行的动态仿真的传统方法，由于造成研究人员工作量大、计算复杂、精度差等原因，已经越来越不能满足要求了。

    近年来，随着国内外学者对控制精度的关注，出现了许多关于针对控制算法的研究。如：文献[5]针对一类正则线性系统, 提出一种基于状态观测器和二维混合模型的重复控制系统设计方法。本文针对实际生产中液压伺服系统具有非线性、时变性等特点，提出重复补偿控制算法。

    本文采用重复控制补偿 PID 控制利用内模原理将其应用于伺服系统，利用 Matlab /Simulink 仿真实验来验证重复控制算法的优越性，以期提高液压系统动态仿真的精确性和可靠性。

    1 重复控制补偿的 PID 控制

    1.1 PID 控制器原理

    PID 控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调节方便等优点在实际工程中得到广泛应用。常规 PID 控制器系统原理框图如图 1 所示[5]。

    系统主要由 PID 控制器和被控对象组成。PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值 r ( t ) 与实际输出值 y ( t ) 构成控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量。

    在 PID 控制方法中

    （1） 比例控制器的输出与输入的误差信号成比例关系。其比例系数越大系统的响应速度越快，但过大会使系统超调甚至不稳定；系数过小会降低响应速度、延长调节时间。

    （2） 积分控制器的输出与输入误差信号的积分成比例关系。系统稳态误差消除速度与积分环节系数成正比，但系数过大时，会产生积分饱和，导致控制中出现较大超调；如果系数过小，会使系统稳态误差难以消除，影响控制器调节速度。

    （3） 微分控制器的输出与输入误差信号的微分成正比关系。加入微分环节可起到超前控制作用，即在偏差还没有形成之前已被微分调节消除，从而改善系统动态性能。但此环节对噪声干扰同样有放大作用因此，不能过多加强微分环节系数。

    1.2 重复控制基本原理：

    图 2 为重复控制的原理图：通过被控对象的除了有输入信号和偏差信号外还有过去偏差信号，该偏差把上一状态的偏差反映到当前，继而和当前偏差同时加入被控对象进行控制。

    重复控制可用于跟踪输入的周期性信号，也可有效抑制周期性的负载干扰。