阀控非对称缸电液伺服系统的三维模糊控制

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常规三维模糊控制器
"&$ () % ・ （*） "%% # !& ’! ! & !’ * +’ ! ； ", —伺服阀的流量—压力系数，+’ , （ " , -.） 活塞杆伸出时 ・ ",! # ",$ !* +・ 活塞杆回缩时 ・ !& ! ! ( * ( ’ !
图2
输入语言变量 的隶属函数
图4
输出语言变量 的隶属函数
也可以用解析式来描述三维模糊控制器的控制规
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态误差为 ’0’#%8；回缩时，系统超调量为 *0)6 ，上 升时间为 ’0#%)7，稳态误差为 ’0’#’8。可以看出，系 统的动态性能得以改善。 " （#)） 结论 （#）阀控非对称缸电液伺服系统动态性能不对称， 根据不同的运动方向给出两个量化因子不同的三维模 糊控制器能有效地解决这一问题； （%）三维模糊控制器比 234 控制器有着更为优良 的控制性能，尤其是在系统负载发生变化时，其优点 更为突出。 参考文献
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（!）控制误差 ］ 9 # "! 6 . （ 2 ） # "! 6 ［ : ( ; （ 2 ） （%）误差增量
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【#】张业建 : 数字式电液伺服系统的控制策略和通讯技术研 究［博士学位论文］ : 哈尔滨：哈尔滨工业大学，%’’’05 【%】李士勇 : 模糊控制、神经控制和智能控制论 : 哈尔滨工 业大学出版社，#11/01：%&5 . %/5 【* 】刘向杰，柴天佑，张焕水 : 三 维 模 糊 控 制 器 的 结 构 研 究 : 自动化学报，#11/0%5（%） ：%*’ . %*& 【5】范晓英，陆培新，陈文楷 : 一个新型的模糊控制器 : 控 制理论与应用，#11&0#%（&） ：&1+ . )’% 作者简介：张景春，#1)) 年生，济南大学机电工程学院， 工程师。
《机床与液压》!##!E O0E!
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阀控非对称缸电液伺服系统的三维模糊控制
张景春，王守仁，崔焕勇，王栋梁
（济南大学机电工程学院，!"##!!）
摘要：阀控非对称液压缸电液伺服系统是本质非线性的，液压缸正反两个方向的动态特性不一致，为了改善系统的动态性 能，本文根据液压缸活塞杆的不同运动方向分别给出了相应的三维模糊控制器来控制该系统，实验表明这种方法不仅有效地解 决了系统的不对称性，而且改善了系统的动态性能。 关键词：阀控非对称缸；三维模糊控制器；隶属函数；控制规则；不对称性
则，即
% （#&） !!〈 " "" ! !" " （# $! $"）!#〉 式中， ，可引入 !、 " 为调整因子。利用式（#&）
自调整的算法。 " 的修正方法如下 # （ ・( " ( " !"# $ $・ "# $"’ ） 式中
"# 、"’ —调 整 因 子 " 的 最大值和最小值，’! "’ ! "# ［ ， ］ ； # ! "" "’ "# $ —语 言 变 量 论 域 的 最 大值。 ! 实验研究 图 ) 为电液伺服系统的 图 ) 电液伺 服 系 统 的 方 原理 图，从 表 # 可 以 看 出， 框图 活塞杆在伸出和回缩时，一 些参数不对称。其中速度增益影响最大，回缩时的速 度增益大于伸出时的速度增益，从而使得系统的开环 增益不同。在设计控制器时，对应伸出时的三维模糊 控制器应比回缩时的 % # 大，尽量使得系统的开环增 益一致，同时给出相应的 % % 、 % * 。活塞杆的伸出和回 缩是通过 !& （ ’ ）来判断的，即： （ ’ $ #） （ ’ ） （#+） & ’） !（ & ’） $（ & ’ $ #） !( $( !（ 当 !（ （ ’） （ ’ $ #） ， 活塞杆伸出； （#） & ’） , ’ 时， ( -( 当 !（ （ ’） （ ’ $ #） ， 活塞杆回缩。 （%） & ’） - ’ 时， ( ,( 在图 + . / 中： —期望曲线， —轻载时系统输出， # % *—重载时系统输出曲线。 当 !& , ’ 时， % # ! *01、 % % ! *’0’、 % * ! #&0’ 当 !& - ’ 时， % # ! *0’、 % % ! #/0’、 % * ! *’0’
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三维模糊控制器的设计
% 3 2］ 三维模糊控制器［ 是在通常二维模糊控制器的基础
% 上增加了误差增量的增量（! ，这样使得模糊控制 9） 器的控制性能更好。常规三维模糊控制器的结构见图 万方数据 ’，控制器的输入语言变量为：
［"］ 阀控非对称缸电液伺服系统动力机构的数学模型
图!
动力机构的简化模型
图中 "! ! （M） ! "M ・% !・"$ （!） #" N "M 式中： ! # —加载质量块的质量， H)； ! —负载惯量折算到活塞处的等效质量， H)； #" —负载折算到活塞处的等效干扰力，O。 !# N 不考虑负载弹簧刚度，动力机构的传递函为 )*+* K &’ （ ( ） N . M ・ ()# ( -) P - P - ! ! 0 # P ( P M) (( " "
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前言 由于非对称缸具有工作空间小、构造简单、结构
紧凑等优点，因而在一些特定的电液伺服系统中得到 很好的应用。由于在阀控非称缸的电液伺服系统中， 两个运动方向上系统的开环增益不相等以及某些参数 的变化，使得两个方向上的动态特性不对称，主要表 现在超调量、稳定时间、振荡次数和稳态误差等几个 方面，这种本质上的非线性特性和不对称性会给设计 带来困难，影响系统的操作性能，并限制了它在一些 精度要求较高场合的应用。 为了克服阀控非对称缸电液伺服系统的不对称性， 进一步提高系统的动态性能，本文针对非对称缸伸出 和回缩两种不同的运动状态给出两个量化因子不同的 三维模糊控制器，克服了系统的不对称性，使得液压 缸在两个方向的运动特性基本一致。 "
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式中： )* —动力机构的速度增益，M 2 >； &’ —活塞杆头部的位移，;； +* —电液伺服阀阀芯位移，;；
"1 —系统液压固有频率， 1’A Q >；
图M 电液伺服系统实验台结构简图
图 M 为阀控非对称液压缸电液伺服系统的结构原 理图，负载质量是通过杠杆原理加到液压缸活塞杆上 的，下面所指的是折算到活塞杆上的等效质量和等效 干扰力。动力机构简化模型如图 ! 所示，依此可以建 立其数学模型。 万方数据
! （ -! M P -!） !/ !# .3 ! !/ —液体的等效体பைடு நூலகம்弹性模数，O Q ; ；
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. 3 K 液压缸有效容腔体积，;$ ； - M ， - ! K 液压缸的有效作用面积，;! ； $N -! -M （"）
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! —液压缸两腔面积比，无因次； "# —系统动力机构的速度增益，! $ "； 活塞杆伸出时 "&$ () % ・ !( ’! ! & !’ * +’ ! 活塞杆回缩时 "%! #
$!"#$%&’#(&)* +,--. /(&01(* (2 3)*4%!/(&01(**%5 6’.$$%01#7 /.*#&5%1 8*%701(9.51),*#7 :%14( :.’0%$ %&’() *+(),&-(，.’() /&0-12(， 3-+ 4-’( 50()，.’() 60()7+’() （ 872,910:;2,&’(+,’7 8()+(221+() /,&007，*+(’( <(+=21>+9?，!"##!!）
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； 1 —系统的粘性阻尼系数，1 , （+ , "） 利用公式（2） 3 （!!） ，可求出系统动力机构的 各个参数，见表 !。
表! /（ 23） /$ （ 23） () （ 4） 动力机构的基本参数 4 ’%$ 2$$ %/’5*4 *5’)0 6 !$ ( !’ %’542 $5$’/’ !5*)! 6 !$ %$5/4 $5$4$
收稿时间：%’’# $ #’ $ %&
（上接第 %/+ 页） 使用冲压工艺。采用旋压技术加工钼制零件，可一次 成形。与车加工方法相比，可节约材料 *1 倍，工时 #& 倍。同时因旋压作用所造成的加工硬化现象，还可提 高材料表面的强度。