基于改进遗传算法的压力控制系统仿真

　　1　引言

　　要想对液压系统进行有效的控制,获得系统的数学模型是至关重要的。准确的数学模型可通过系统辨识得到。由于实际系统工况的因素,往往只能进行闭环辨识,而闭环辨识得到的模型由于辨识的需要而并不是标准开环或标准闭环模型,需要通过求解非线性方程组获得系统参数,再由这些参数来构成模型,这就涉及非线性方程的求解问题。非线性方程组求解是实际工程领域的一个重要问题[1]。长期以来,人们在此方面进行了大量研究。一些学者对采用遗传算法求解非线性方程组已经有一定的研究,而且证明是有效的方法[2, 3]。

　　本文在隔代映射遗传算法基础上引入自适应策略,使IP-GA中的交叉、变异概率根据适应度大小自动调节,提高了收敛速度及解的质量。将该算法用于对液压系统参数的求解,并利用Matlab/Simulink工具对其准确性进行了仿真验证。通过比较表明,该方法在辨识比例压力控制系统和伺服压力控制系统中是行之有效的。

　　2　控制系统模型描述[4]

　　材料试验机压力控制系统是一个典型的液压压力控制系统,主要用于金属板料拉深成形工序,其倒装结构如图1所示。通过精确控制顶出缸中比例溢流阀的开度,从而在控制主缸向下运动压制板料时,根据液压油不可压缩原理及机械部分的作用力与反作用力,顶出缸能够实时调节作用在压圈上的压边力大小,从而实现变压边力拉深成形。建立的材料试验机压力控制系统方框图如图2所示。

　　系统输入信号ur作为辨识输入信号,Fg为控制压力,压力传感器反馈信号uf作为辨识输出信号,ue作为偏差信号,此时系统的理论传递函数为:

　　式中,ωr为系统的液压弹簧与负载弹簧串联耦合的刚度与阻尼系数之比;Kfp为压力传感器增益;ωm为负载的固有频率;K为负载弹簧刚度;mt为活塞及负载折算到活塞上的总质量;ω0为液压弹簧与负载弹簧并联耦合的刚度与负载质量形成的固有频率;kh为液压弹簧刚度;βe为有效体积弹性模量;Vt为总压缩容积;Ap为液压缸活塞有效面积;Bp为负载阻尼系数;ζ0为阻尼比;ωsv为控制阀固有频率;ζsv为控制阀的阻尼比;K为系统增益;Ksv为伺服阀增益;Kc为伺服阀流量-压力系数;Ctp为液压缸总泄漏系数。

　　标准的系统开环传递函数为:

　　要想获得压力控制系统的开环或闭环模型,需要求出各个未知的系统参数。由于得到的该方程组并不是标准开环或标准闭环模型,需要通过求解非线性方程组获得系统参数,再由这些参数来构成模型,这就涉及非线性方程的求解问题。遗传算法具有全局搜索并能够优化的特点,因此本文采用遗传算法对系统参数进行迭代求解。