基于模糊PID的径向柱塞变量泵电液恒功率控制

　　0 引言

　　液压控制系统具有非线性、时变性、不确定因素等使常规PID控制器难以实现有效控制。本文就一种径向柱塞变量泵的电液恒功率控制方案提出了模糊PID控制算法,把PID控制算法简单、稳定性好、可靠性高等优点与Fuzzy控制鲁棒性较好,能够克服非线性因素影响等优点结合起来,以实现径向柱塞变量泵的恒功率控制。仿真结果表明这种控制算法能取得较好的控制效果。

　　1 系统介绍

　　本文所述的径向柱塞变量泵的电液恒功率控制其原理图如图1所示。系统采用流量和压力直接检测--电反馈方式由电控器将系统采样的压力值与设定的功率值作除法运算,得到期望的流量值而后将该值与采样的实际流量值作比较,得到偏差Q,偏差的正负号决定变量机构的运动方向,偏差的大小决定变量机构位移的大小。由于变量机构为一阀控缸的位置随动机构,阀芯的位移量等于变量泵的偏心改变量,电控器将Q偏差信号通过步进电机传给增量式数字阀,使阀芯的位移量与泵的流量一一对应,从而实现根据负载的变化而自动调整泵的流量,达到泵输出功率为定值。

　　文献1可得到液压控制系统的开环传递函数模型为:

　　其中:为液压弹簧刚度为液压固有频率为阻尼比;A1为变量活塞面积;C1为变量活塞腔液容;Mm为泵移动部分的等效质量;Br为定子运动阻尼系数;KC为流量压力系数;Kq为流量增益;KS为变量缸等效弹簧刚度。

　　由液压控制系统的开环传递函数模型可知参数C1、KC、Kq等是随着工况而变化的,这就使系统参数具有时变特性。而常规的PID调节器,其个参数KP、Kl、Kd一旦初始化预整定好以后,在整个控制过程中就是固定不变的,这就难以满足在整个控制工况中对系统控制性能的要求。因此实际控制过程中为了使系统具有很好的动态性能,希望PID的3个参数能依据当前系统的状况来做出相应的调整,为此,引入模糊控制技术,根据专家知识和操作经验,按负载PL、偏差e及偏差的变化率ec(de/dt)的大小来在线调整Kp、KI、Kd的大小,以取得良好的控制效果。

　　2 模糊PID控制系统的结构

　　模糊PID控制系统结构主要由参数可调整PID和模糊控制器两部分组成,其结构如图2所示。

　　其中参数可调整PID完成对系统的控制,模糊控制器实现对PID的3个参数即KP、KI、Kd的自动校正。该模糊控制器以PL、e、ec为输入变量,以为输出变量。它们与KP、KI和Kd之间的函数关系为:

　　3 模糊控制器的设计

　　1)各变量论域、模糊子集及其隶属函数的确定模糊控制器各变量的论域为: