大载荷电液位置伺服系统快速精确控制系统及应用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种大载荷电液位置伺服系统快速精确控制系统及应用方法，属于风洞试验中的电液伺服控制领域，包括相互配合的目标位移补偿模块、位移指令和速度指令发生模块、速度前馈控制模块、位移变增益PID反馈控制模块、位移滤波模块。本发明专利技术提供的大载荷电液位置伺服系统快速精确控制系统及应用方法，其各部分内容的设计，不依赖系统的的数学模型，且均可用简单的算法来实现，便于工程应用。便于工程应用。便于工程应用。

【技术实现步骤摘要】
大载荷电液位置伺服系统快速精确控制系统及应用方法


[0001]本专利技术涉及风洞试验中的电液伺服控制领域。更具体地说，本专利技术适用于电液伺服系统油缸位置控制，为提高大载荷电液位置伺服系统位置控制的精确性和快速性而提供的一种大载荷电液位置伺服系统快速精确控制系统及应用。

技术介绍

[0002]在电液伺服系统因为具有输出功率大、控制精度高等优点，目前广泛应用于工业生产各个领域。电液位置伺服系统其液压执行机构的运行过程分为：加速阶段、匀速阶段和减速阶段。小载荷电液伺服系统由于载荷和惯性较小，液压执行机构的响应速度很快，加速和减速过程迅速，实现快速精确定位控制相对容易。而对于大载荷电液位置伺服系统，液压执行机构的响应速度慢，加速和减速过程也相对缓慢，其控制的难点主要在于减速过程，具体表现为：如果控制参数设置过小，则减速过程缓慢，最终定位的时间过长；如果控制参数设置过大，容易造成机构位置超调，甚至引起系统振荡。
[0003]目前，对于电液伺服系统控制方法研究的文献和专利较多，主流控制方法为PID控制及其改进的PID控制，少数先进控制算法如自适应控制、神经网络控制、预测控制等控制方法因算法复杂或者严重依赖系统数学模型等原因难以进行工程运用，而适用于大载荷、高速、高精度应用场合的实用控制算法就更少了。因而，针对大载荷电液位置伺服系统的快速精确控制问题，需要提供一种新的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0005]为了实现本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种大载荷电液位置伺服系统快速精确控制系统，包括相互配合的目标位移补偿模块、位移指令和速度指令发生模块、速度前馈控制模块、位移变增益PID反馈控制模块、位移滤波模块。
[0006]进一步，提供一种大载荷电液位置伺服系统快速精确控制系统的应用方法，包括：步骤一、对给定的目标位移s
*
采用目标位移补偿模块进行动态修正，得到对应的目标位移补偿值s
c*
；步骤二、将步骤一得到s
c*
和给定的目标速度v
*
作为位移指令和速度指令发生模块的输入，以获得实时速度指令v
in
和实时位移指令s
in
，将v
in
、s
in
分别作为速度前馈控制模块和位移变增益PID反馈控制模块的输入；步骤三、所述速度前馈控制模块、位移变增益PID反馈控制模块分别对前馈控制系数、PID控制参数进行整定，以得到对应的速度前馈输出μ
fw
、位移PID反馈输出μ
pid
，将μ
fw
、μ
pid
之和作为被控对象的控制输入；步骤四，将被控对象的反馈位移s
f
作为位移滤波模块的输入，所述位移滤波模块对被控对象的反馈位移s
f
进行均值处理后，作为目标位移补偿模块、位移变增益PID反馈控
制模块的输入参数，完成对被控对象的控制。
[0007]优选的是，在步骤一中，所述目标位移补偿模块采用用滞回比较器时，所述s
c*
的获取公式如下：s
c*
=s
*
+δs其中，目标位移的补偿量δs的获取方式为：若位移偏差s
e
大于0，且s
e
大于滞回比较器的第一阈值s
eph
，则令目标位移的补偿量δs等于滞回比较器的第一输出参数δs
p
；若位移偏差s
e
大于0，且s
e
小于滞回比较器的第二阈值s
epl
，则令δs等于0；若位移偏差s
e
大于0，且s
e
等于s
epl
、s
eph
或位于s
epl
、s
eph
之间，则令δs保持不变；若位移偏差s
e
小于0，且s
e
小于滞回比较器的第三阈值s
enh
，则令目标位移的补偿量δs等于滞回比较器的第一输出参数δs
n
；若位移偏差s
e
小于0，且s
e
大于滞回比较器的第四阈值s
enl
，则令δs等于0；若位移偏差s
e
小于于0，且s
e
等于s
enl
、s
enh
或位于s
enl
、s
enh
之间，则令δs保持不变；令δs
n
=
‑
δs
p
，s
enl
=
‑
s
epl
，s
enh
=
‑
s
eph
。
[0008]优选的是，基于控制对象的最大出力和运动物体的质量确定运动加速度a0，当s
c*
≤v
*2
/a0时，采用以下公式计算加速运动时间t
a
、匀速运动时间t
d
、减速运动时间t
un
：当s
c*
＞v
*2
/a0，采用以下公式计算t
a
、t
d
、t
un
：基于t
a
、t
d
、t
un
获得实时加速度曲线，对实时加速曲线积分以获得实时速度指令v
in
，对v
in
进行积分对获得实时位移指令s
in
。
[0009]优选的是，所述速度前馈输出μ
fw
通过以下公式得到：式中，k
v
为速度前馈系数。
[0010]优选的是，所述位移PID反馈输出μ
pid
通过以下公式得到：式中，k
p
为比例系数，k
i
为积分系数，s
ein
为位移指令和反馈位移之差，基于s
ein
的绝对值，采用下式对k
p
、k
i
进行动态调整：
优选的是，所述位移滤波模块被配置为采用滑动均值滤波器，且滑动均值滤波器的控制器内设置有按顺序存放N个反馈位移s
f
的数据缓冲区，N为滑动均值滤波器的滤波窗口；其中，每采进一个新的s
f
，则将最早采集的s
f
丢掉，通过求N个数据的均值得到目标位移补偿模块、位移变增益PID反馈控制模块的输入参数本专利技术至少包括以下有益效果：1、本专利技术所提及各模块的设计，不依赖系统的数学模型，且均可用简单的算法来实现，便于工程应用。
[0011]2、所述目标位移补偿模块动态对目标位移进行修正，一方面可以延长速度前馈控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大载荷电液位置伺服系统快速精确控制系统，其特征在于，包括相互配合的目标位移补偿模块、位移指令和速度指令发生模块、速度前馈控制模块、位移变增益PID反馈控制模块、位移滤波模块。2.一种如权利要求1所述大载荷电液位置伺服系统快速精确控制系统的应用方法，其特征在于，包括：步骤一、对给定的目标位移s
*
采用目标位移补偿模块进行动态修正，得到对应的目标位移补偿值s
c*
；步骤二、将步骤一得到的s
c*
和给定的目标速度v
*
作为位移指令和速度指令发生模块的输入，以获得实时速度指令v
in
和实时位移指令s
in
，将v
in
、s
in
分别作为速度前馈控制模块和位移变增益PID反馈控制模块的输入；步骤三、所述速度前馈控制模块、位移变增益PID反馈控制模块分别对前馈控制系数、PID控制参数进行整定，以得到对应的速度前馈输出μ
fw
、位移PID反馈输出μ
pid
，将μ
fw
、μ
pid
之和作为被控对象的控制输入；步骤四，将被控对象的反馈位移s
f
作为位移滤波模块的输入，所述位移滤波模块对被控对象的反馈位移s
f
进行滤波处理后，作为目标位移补偿模块、位移变增益PID反馈控制模块的输入参数，完成对被控对象的控制。3.如权利要求2所述的大载荷电液位置伺服系统快速精确控制系统的应用方法，其特征在于，在步骤一中，所述目标位移补偿模块采用用滞回比较器时，所述目标位移补偿值s
c*
的获取公式如下：s
c*
= s
*
+δs其中，目标位移的补偿量δs的获取方式为：若位移偏差s
e
大于0，且s
e
大于滞回比较器的第一阈值s
eph
，则令目标位移的补偿量δs等于滞回比较器的第一输出参数δs
p
；若位移偏差s
e
大于0，且s
e
小于滞回比较器的第二阈值s
epl
，则令δs等于0；若位移偏差s
e
大于0，且s
e
等于s
epl
、s
eph
或位于s
epl
、s
eph
之间，则令δs保持不变；若位移偏差s
e 小于0，且s
e
小于滞回比较器的第三阈值s
enh
，则令目标位移的补偿量δs等于滞回比较器的第一输出参数δs
p
；若位移偏差s
e
小于0，且s
e

【专利技术属性】
技术研发人员：刘为杰，凌忠伟，熊能，白本奇，叶成，黄昊宇，田嘉懿，尹疆，高川，吴琦，詹健，汪路路，王亮，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：