基于联合仿真的电液系统模糊PID控制研究

　　0 引言

　　电液伺服系统由于响应速度快、信息处理灵活，输出功率大，在冶金、矿山以及工程机械等方面获得了广泛应用。 但由于电液伺服系统是非线性系统，具有参数时变及负载扰动大，系统不确定性等特点，因此很难建立起精确的度数学模型。

　　为使电液伺服系统在应用中达到较好的控制性能，目前非线性理论、自适应控制技术在电液伺服控制领域得到了越来越广泛的应用，如：自适应反步法[1]，状态精确线性化方，模糊控制[2]等。 其中模糊控制方法对系统参数变化和外部扰动的鲁棒性强， 在克服系统非线性有很大优势，只是控制的稳态误差较大。 常规的PID 控制虽能很好地消除静态误差提高控制精度，但对控制对象有精确数学模型的要求。 本文针对上述特点，提出模糊 PID 控制方法，对电液伺服系统实时调控，达到控制目的。 为更真实可靠地反映电液伺服系统的工作环境， 本论文采用建模软件 AMESim 建立电液系统模型， 应用 MATLAB/Simulink 设计控制算法， 并利用AMESim 和 Simulink 的集成仿真环境对液压伺服系统进行联合仿真。

　　1 电液伺服系统模型

　　设系统控制对象为电液伺服阀控制对称液压缸位置跟踪系统。 系统包括电液伺服阀，双活塞杆液压缸和负载系统。 参数如表 1 所示。

　　1.1 阀控液压缸负载函数设定

　　伺服阀控制液压缸负载组合没有弹性负载。因此由伺服阀流量方程、液压缸流量连续性方程，活塞受力平衡方程三个基本方程，可得液压缸-负载的传递函数为：

X

式中 Xp———为活塞位移；

　　QL———为负载流量；

　　Ap———为液压缸有效工作面积；

　　ωh———为液压固有频率；

　　ζh———为液压阻尼比。

其中：

　　ζh偏小可取液压阻尼比 ζh=0.2，

　　所以液压缸-负载的传递函数为：

　　1.2 伺服阀函数设定

　　伺服阀的传递函数为

式中 Ksv———为伺服阀流量增益；

　　ωsv———为伺服阀固有频率；

　　ζsv———为阻尼比。

　　根据频率响应特性曲线图取幅值比为 3dB（即输出流量为基准频率时的输出流量的 70.7%）所对应的频率为：

　　ω_sv=62Hz×2π=389.36rad/s

　　或取相位滞后 90°所对应的频率为：

　　ω_sv=92Hz×2π=577.76rad/s。 在这取 ω_sv=80Hz。

　　取 φ（ω）=-40°，-45°，-50°，求得 ζsv，取三个 ζsv的平均数的 ζv≈0.63。