泵控马达调速系统单神经元PID控制参数优化的改进算法

    0 引言

    泵控液压马达是通过改变泵的排量来控制传送给负载的动力。泵控马达调速系统因其效率高、体积小、输出功率大、运行成本低等优点, 在车辆工程、冶金行业、航空航天技术、海洋工程上得到了广泛应用。然而, 泵控马达调速系统也有动态特性差、阻尼小、过渡过程时间长、精度低、非线性等缺点[1]。因此, 提高泵控马达调速系统的性能是液压控制技术研究的重要课题之一。

    常规 PID 调节器结构简单, 对模型误差具有一定的鲁棒性且易于操作, 是一种应用广泛、技术成熟的控制方法。PID 控制的基本思想是将偏差的比例、积分和微分三参数通过线性组合构成调节器, 对被控对象进行控制。采用 PID 控制时, 系统控制品质的优劣取决于上述三参数的整定和优化。常规 PID 控制器中的参数都由人工整定, 由于一次性整定得到的参数不易使控制效果达到最佳状态, 这就使得常规 PID 控制器的控制效果和精度受到了限制。

    现代 PID 控制器将自适应控制、最优控制、预测控制、鲁棒控制、智能控制等控制策略引入 PID 控制中, 特别是智能 PID 控制, 人们把专家系统、模糊控制、神经网络、遗传算法等理论整合到 PID 控制器中, 既保持了PID 控制器结构简单、适用性强和整定方便等优点, 又能通过智能技术在线调整 PID 控制器的参数, 以适应被控对象特性的变化。

    本文以泵控液压马达调速控制系统为研究对象, 将自适应 PID 控制律与单神经元网络结合起来, 运用最优控制二次型性能指标的思想对单神经元的性能指标进行改进, 并通过实际仿真验证了该方法的优越性。

    1 泵控液压马达调速系统的数学模型

    泵控液压马达是由变量泵和定量马达组成, 。

    泵控液压马达调速系统, 因为泄漏阻尼系数比总黏性阻尼系数大得多, 并假设没有弹性负载, 其传递函数简化为[2]:

式中 θ_m———液压马达轴转角, 单位为(rad);

    ω_h———液压固有频率,

    ζ_h———阻尼比,

    k_qp———变量泵流量增益, 单位为 m³/s·rad,k_qp=k_pω_p;

    ω_p———泵的转速, 单位为 rad/s;

    D_m———液压马达排量, 单位为 m³/rad;

    Ct———总泄漏系数, C_t=C_tp+C_tm;

    C_tp———泵的总泄漏系数, 单位为 m⁵/(N·s);

    C_tm———液压马达的总泄漏系数, 单位为 m⁵/(N·s);

    T_L———作用在马达轴上的外负载转矩,单位为 N·m;