電液位置伺服系統(tǒng)的智能控制.pdf

1、電液伺服控制是控制領域中重要的組成部分，具有輸出功率大、響應速度快、控制精度高、信號處理靈活、易于實現各種參量的反饋等特點，因而在航空航天、軍事、機械、交通、冶金等多個工業(yè)領域得到廣泛的應用。
　　 隨著現代工業(yè)的發(fā)展，控制對象越來越復雜，人們對電液伺服系統(tǒng)的控制品質也提出了更高的要求，應用于電液伺服系統(tǒng)中的一些傳統(tǒng)控制策略已經難以滿足現代控制的要求，這主要是由電液伺服系統(tǒng)的特性所決定的。電液伺服系統(tǒng)是一種嚴重的不確定非線性系統(tǒng)

2、，系統(tǒng)工作環(huán)境復雜，普遍存在外干擾。在有些控制系統(tǒng)中，控制對象的數學模型很難建立，甚至有的根本無法建模，應用傳統(tǒng)的基于模型的控制策略對系統(tǒng)進行設計分析則顯得非常困難，而基于知識和不依賴于精確數學模型的智能控制給這類問題的解決帶來了新的思路。
　　 在人造板熱壓伺服系統(tǒng)中，由于木材所具有的特殊物理性能，使得受控對象“板材”在熱壓控制過程中無法建立解析的模型?，F在針對此類對象大都采用無模型的PID（Proportion Integr

3、al Differential，比例、積分、微分）的控制策略，但是PID參數的確定十分困難，通常需要通過大量的實驗分析，才能初步確定可行的參數，而且一旦原材料發(fā)生改變，則需要重新通過實驗確定控制器參數。針對現有PID控制存在的不足，本文將研究一種基于模糊控制技術的智能控制策略，針對不同的原材料，該策略通過模糊控制技術可以實現控制器的自適應調節(jié)。
　　 本文的模糊控制器設計如下：采用常見的二維模糊控制器結構，控制器輸入系統(tǒng)的偏差e

4、和偏差變化率ec，輸出控制量u：依據e的值域，定義模糊控制器的隸屬度函數的論域[-5V，+5V]；兼顧控制器的運算量與控制精度，在論域中劃分7個模糊子集；為便于控制器的軟件實現，模糊子集的隸屬函數的選定為三角形；由于采用的是二維模糊控制器，所有輸入輸出精確量都是7個模糊子集的劃分，故對應49條模糊規(guī)則；推理機使用的是Mamdani推理算法，按照最大隸屬度法確定一個最大隸屬度у；模糊判決則是通過最大隸屬度的平均值法得到模糊控制器的精確輸出

5、u。
　　 目前智能控制的復雜算法大多是通過程序實現的，雖然一些高端的PLC（Programmable Logic Conctroller，可編程邏輯控制器）中具有模糊控制模塊，但其價格相對較高，無疑增加控制系統(tǒng)的成本。隨著控制系統(tǒng)的品質不斷提高，智能控制的算法也越來越復雜，PLC的內存、運算速度、編程語言都會對復雜算法的實現造成很大的限制。盡管一些PLC的高端產品（如西門子公司的S7-40）具有良好的CPU運算速度，但其價格也

6、相對較高，增加了控制系統(tǒng)的成本。在PC（Personal Computer，個人計算機）中通過靈活多樣的編程語言實現控制系統(tǒng)的人機界面及其智能控制算法，則是近些年來智能控制在應用方面的主流趨勢。
　　 傳統(tǒng)的計算機文本編程語言是根據語句和指令的先后順序決定程序的執(zhí)行順序，而美國NI（National Instruments）公司提供的LabVIEW（Laboratory InstrumentEngineering Workben

7、ch）編程軟件是一種圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化語言，這種圖形化的程序源代碼又稱G代碼。LabVIEW采用并行數據流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數據流向決定了程序的執(zhí)行順序，它用圖標表示函數，用連線表示數據流向。本文正是通過LabVIEW的G代碼編程實現了電液位置伺服系統(tǒng)的軟件平臺--人機界面及其智能控制算法；通過NI公司提供的USB-6008數據采集卡從硬件上連接了計算機控制系統(tǒng)的信號通道--計算機可直接驅動伺服閥放大器。

8、r>　　 本文首先對電液位置伺服系統(tǒng)建立了數學模型，在MATLAB中仿真了模糊控制策略應用于電液位置伺服系統(tǒng)的控制效果，從理論上證明了此種控制策略相比經典控制的優(yōu)越性。在系統(tǒng)實現過程中，通過NI公司提供的USB-6008數據采集卡完成了計算機與傳感器之間的硬件連接--計算機輸入，計算機與伺服閥放大器之間的硬件連接--計算機輸出；通過LabVIEW的G代碼編程，編制出一套過程可視化的人機界面，在人界面中實現了模糊控制算法及系統(tǒng)參數配置、

9、數據曲線繪制、數據存儲等功能。
　　 系統(tǒng)仿真和系統(tǒng)運行都表明本文設計的模糊控制策略及其實現方案是可行的。在控制對象相同的條件下，相比傳統(tǒng)控制，本文設計的模糊控制器能夠有效的減少系統(tǒng)響應時間，實現了控制器的自適應調節(jié)；由于本課題使用LabVIEW開發(fā)控制系統(tǒng)的應用程序，不僅省略了多種硬件的購買，而且簡化了系統(tǒng)的調試過程，有效的節(jié)省了應用系統(tǒng)的研發(fā)成本，縮短了系統(tǒng)開發(fā)時間；使用LabVIEW編程軟件編制的應用程序擴展性極強，可生成