电液伺服多变量控制试验装置的研制

　　1　电液伺服多变量控制试验装置简介

　　1·1　控制对象

　　试验装置的控制对象是9个作动器,这是一个9*3的多变量系统。对应每个作动器中,均有位移、力和应变三个被控变量。这9个作动器中间存在着耦合关系,各个参量之间相互影响。例如一个作动器力、位移的增加和应变的变化,总是影响着另一个作动器力、位移的减少和应变的变化。该系统中,虽然变量相互关联,但每个输出变量总是有一个基本通道,即某一输入变量必定通过某一基本通道影响某一输出变量,即输入与输出变量配对。

　　1·2　测量采样环节

　　应变、力传感器为应变电阻,位移为采用变压器原理的传感器,它们经A/D模块,转换成数字量。

　　1·3　执行器

　　伺服作动器的执行器伺服阀均为电动调节阀,都为数字调节器输出的数字量经D/A模块,转换成模拟量(0~10V)来控制的。

　　1·4　微机电液伺服控制器(数字调节器)

　　数字调节器包括子控制器、主控制器和“参征”补偿控制器,其不同控制规律,均由数字控制器编制的程序来实现。学生通过计算机进行“组态”和“参数设置”,即通过自由编程来完成电液伺服多变量系统试验过程控制。

　　2　电液伺服多变量控制试验装置的设计与实现

　　2·1　设计原理

　　电液伺服系统是典型的机-电-液耦合系统,具有复杂非线性和不确定性特性。在多变量电液伺服控制系统中,某一个通道的控制调节器输出的控制量将成为其它通道的调节器的干扰,所以,根据错开控制原理,采用小波变换和文献[3]所述方法,提出一种“主控制器”结合“参征器”的复合控制策略,来实现电液伺服试验系统的多变量控制。小波变换的作用主要是实现信噪分离,及获取PID神经元网络和辨识网络的输入特征量:输出反馈信号的模值和尺度的模局部极值矢量。错开控制原理,即将整个控制系统分为多个独立的控制闭环来考虑,采取分目标调节期望值的策略,只要它们各自的调节机构单独工作时可使系统稳定,整个系统也总是保持在稳定域内。　　“主控制器”结合“参征器”的控制系统结构如图1所示。

　　图1中,子控制器的输入有输入给定r,被控对象反馈信号及pid神经元网络输出控制量。子控制器的输出有内部辨识网络的输出,对n个被控对象控制输入,以及为pid神经元网络提供的输入特征量:输入给定,反馈信号小波变换模值,尺度3~尺度6上的小波变换模局部极值矢量。

　　主控器由多个并列子网络组成,如果检测系统有n个被控变量,子网络就有n个。每个子网络由一个三层PID神经元网络构成,其各层神经元个数、连接方式、连接权初值以及控制参数的调整是基于被控过程的反馈信号小波变换结果,根据所提取的网络输入特征量信息,结合PID控制规律的基本原则和已有经验确定的。子网络的输入层至隐层是相互独立的。隐含层有3个神经元,其中包括1个比例元、1个积分元和1个微分元,它们的状态函数分别为上、下限幅的比例、积分和微分函数。隐含层至输出层是相互交叉连接的,使整个PID神经元网络结合为一体;网络的n个输出值为通过对应子控制器对n个变量的控制输入。子控制器主要为主控器提供输入特征量,对被控对象的输出反馈信号进行小波变换及特征提取、网络辨识等数据处理;参征器的作用是根据子控制器内部辨识网络的控制输出命令,对对应被控对象进行补偿控制。