前言

液壓伺服系統(tǒng)以其重量輕、體積小、力矩大等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。但由于漏油、油液污染等因素影響，液壓伺服系統(tǒng)中普遍存在參數(shù)時(shí)變、非線性，尤其是閥控動(dòng)力機(jī)構(gòu)流量非線性等現(xiàn)象。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展成為包括傳動(dòng)、檢查、控制在內(nèi)的完整的自動(dòng)化技術(shù)。由于電液伺服系統(tǒng)具有比較大的不確定性和干擾，給電液伺服系統(tǒng)提出了很高的要求。

因?yàn)殡娨核欧到y(tǒng)的巨大經(jīng)濟(jì)效益和潛在價(jià)值，受到了液壓和控制領(lǐng)域眾多學(xué)者的重視，并且一度成為該領(lǐng)域的前沿課題。由于電液伺服系統(tǒng)是典型的被動(dòng)式力控制系統(tǒng)，在動(dòng)態(tài)加載過程中，存在由舵機(jī)系統(tǒng)的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起的多余力。多余力混入加載系統(tǒng)，不僅嚴(yán)重影響加載精度，而且對(duì)其他控制性能也有不利影響，電液伺服系統(tǒng)的許多重要性能指標(biāo)都和多余力有關(guān)。對(duì)于如何克服多余力的問題，目前國內(nèi)外學(xué)者提出和應(yīng)用了各種各樣的方法，其中基于結(jié)構(gòu)不變性原理的多余力抑制是應(yīng)用最普遍的主動(dòng)消擾方式，某單位將其應(yīng)用在3—4FM型導(dǎo)彈空氣動(dòng)力負(fù)載仿真臺(tái)上，或?qū)⑵涑晒τ糜谥鄙龣C(jī)旋翼加載上，還有其他用在船舶舵機(jī)和飛機(jī)起落架的加載上等，都取得了令人滿意的效果。

電液位置伺服系統(tǒng)主要是用于解決位置跟隨的控制問題，其根本任務(wù)就是通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)被控量對(duì)給定量的及時(shí)和準(zhǔn)確跟蹤，并要具有足夠的控制精度。電液伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是衡量一套電液伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試水平的重要指標(biāo)。它由電信號(hào)處理裝置和若干液壓元件組成，元件的動(dòng)態(tài)性能相互影響，相互制約及系統(tǒng)本身所包含的非線性，致使其動(dòng)態(tài)性能復(fù)雜。因此，電液伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真受到越來越多的重視。

1、電液系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

為了推導(dǎo)的簡(jiǎn)潔性，在數(shù)學(xué)建模中需做適當(dāng)假設(shè)。除此之外，加載液壓缸與等效負(fù)載可視為剛性連接，力傳感器得剛度較高，忽略其彈性變形。由于實(shí)際中需對(duì)舵機(jī)進(jìn)行精確地位移的加載，其自身內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)和相互作用力不在研究范圍之內(nèi)，舵機(jī)系統(tǒng)以其位移的形式作為加載系統(tǒng)的輸入，以此為基礎(chǔ)研究電液伺服加載系統(tǒng)。

3、MATLAB仿真

常規(guī)PID控制器的調(diào)節(jié)性能取決于參數(shù)Kp，Ki，Kd的整定情況，參數(shù)整定的好，則控制效果就好，否則相反。參數(shù)的整定通常有兩種可用的方法：理論設(shè)計(jì)法和實(shí)驗(yàn)確定法。通過大量的實(shí)驗(yàn)，選擇PID參數(shù)分別為：Kp=1.1，Ki=0.2，Kd=0.01。Simulink模糊PID伺服系統(tǒng)仿真模型如圖3所示，在Simulink運(yùn)行下的仿真圖如圖4所示：

圖3 Simulink模糊PID伺服系統(tǒng)仿真模型

圖4 PID控制的仿真圖

仿真結(jié)果顯示，設(shè)定參數(shù)相同的情況下，加入PID控制器實(shí)時(shí)修正PID參數(shù)，可以更好的控制被控對(duì)象。PID參數(shù)一旦固定，在時(shí)變情況下的適用性受到很大制約，通過在線自調(diào)整參數(shù)，使控制性能一直保持在最優(yōu)狀態(tài)下，有更好的控制精度和魯棒性。

4、結(jié)論

本文研究針對(duì)電液系統(tǒng)被動(dòng)加載時(shí)存在較大多余力及結(jié)構(gòu)不變性原理難以完全補(bǔ)償?shù)膯栴}，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真。建模過程與仿真結(jié)果表明，對(duì)系統(tǒng)建立正確的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行分析仿真，分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，可以有效地預(yù)見系統(tǒng)的輸出，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)的了解，提高了設(shè)計(jì)和分析系統(tǒng)的效率。利用MATLAB/Simulink仿真提供的系統(tǒng)的可靠性驗(yàn)證，該系統(tǒng)具有控制精度高、穩(wěn)定性能好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

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