采用PID控制器对液压伺服系统的位置控制进行的一些改进

长长 春春 工工 业业 大大 学学 毕业设计（论文）外文资料翻译毕业设计（论文）外文资料翻译 学学院院 专业班级专业班级 指导教师指导教师 姓姓名名 外文出处外文出处 年年月月日日 长春工业大学毕业设计（论文）外文资料翻译 采用采用 PIDPID 控制器对液压伺服系统的位置控制进行的一些改进控制器对液压伺服系统的位置控制进行的一些改进 作者Mohamed El-Sayed M Essa, Magdy AS Aboelela 和 Mohamed Ahmed Moustafa Hassan 摘要摘要 利用粒子群优化算法、自适应加权 PSOAWPSO算法和遗传算法GA来确定 液压位置控制系统的最佳比例积分控制器参数。 一个典型的液压伺服系统被选为 一个应用。 该液压伺服系统的数学模型包括最相关的动力学和非线性效应。该模 型模拟了 REXROTH 伺服阀的行为，并包括摩擦力、阀动力学、油压缩系数和负 载影响的非线性。在优化过程中使用的性能指标是整体绝对误差、积分平方误差 和积分时间绝对误差。在仿真模型中实现了该控制器的实现，以确定优化控制器 的最佳方法。与 GA 和 AWPSO 的结果相比，PSO 方法在改进液压系统位置控制 的方法上更有效、更可靠，以解决时间、最大超标和不足的问题。 关键词自适应加权粒子群优化、误差准则、遗传算法、液压伺服系统、粒子群 优化、PID 控制器 介绍介绍 液压伺服系统HSS在工业领域中起着重要的作用，因为它们能够产生高扭 矩和高速度的大力。 HSS 应用包括机械手、 材料试验机、 疲劳测试、 纸机、 船舶、 注塑机、机器人和飞机领域。液压系统的动力学是非线性的，由于阀门的开启、 摩擦等的方向变化。在液压控制系统中， 控制的主要目的之一是实现系统的期望 和满意的响应。HSS 是一种由电机、伺服、控制器、驱动缸和测量装置组成的系 统。电液控制问题分为位置控制、速度控制和力控制问题。 液压伺服系统的力控制方法允许模糊控制器最小化压力过大， 并保持负载自 失效。由 Bonchis 等人引入的加速度反馈控制2001使用可变结构控制器出现在 重要的摩擦非线性中。一种基于李亚普诺夫稳定性理论的非线性控制器，该理论 认为阀门动力学是由 Sirouspour 和 Salcudean2000提到的 HSS 的位置控制的。 1 长春工业大学毕业设计（论文）外文资料翻译 比例积分-导数PID控制器是反馈系统最常用的控制器形式。它广泛应用于 工业控制系统，如 Pedret et al2002和 Chang et al2003。它已经被用于减少测量 过程输出反馈的区别和所需的设定值通过调整过程控制 par-ameters荒木,2002。 一般而言， 控制器应用于任何物理系统的主要目标是调整测量的响应，以尽 可能接近所需的信号。 控制器优化报告作为一个 diffi-culties imple-mentation 期间 所遇到的控制器。 例如,如果比例增益的优化过程和/或 inte-gral 增益和/或导数增 益 PID 控制器未能产生最优值根据一定的优化准则,控制后系统响应可能遭受高 过头或上升时间和稳态误差Astro m 和 Ha,1995。 为了优化控制器的参数，已经开发了许多方法。这些范围包括试验和错误 Saad et al .， 2012， root locusLevine,2000和人工智能技术Ismail和Hassan,2012。 在最优化中使用的性能指标是整体绝对误差IAE、积分平方误差ISE和积分时间 绝对误差ITAE王 et,2006。在本文中提出的三个优化技术中，这些性能指标被 调用以实现目标函数。 本文采用粒子群优化算法PSO、自适应加权 PSO 算法AWPSO和遗传算法 GA，实现了PID 控制器对 HSS 位置控制的优化。为了使模型的复杂性尽可能的 合理，一些相关的假设和简化方法已经被做了。 本文组织如下第 2 节讨论了 HSS 的动态建模，并给出了 HSS 模型的参数。 第 3 节给出了 PID 控制器及其优化方法的简要描述。 第 4 部分介绍了使用的进化 计算EC技术的性能指标，第 5 节展示了模拟结果。最后，第六节给出了结论和 文章的结果。 2 2．动态建模与仿真．动态建模与仿真 在这一节中，利用描述 HSS 运算的所有动态方程来开发 HSS 的非线性模型。 这是通过操纵 MATLAB / Simulink 软件技术的事实性来完成的。该模型描述了 REXROTH 伺服阀的行为，并包括摩擦力、阀动力学、油压缩系数和负载影响的非 线性。 本文研究的系统如图 1 所示， 并由两个圆柱体组成， 与圆筒活塞有直接的连 接。 这种连接可以使压缩机油在两个活塞之间向左方向移动，也就是图 2 所示的 B 室的正确方向。 双杆筒可以通过使用安装在框架上的两个钢瓶来实现。 它们以这样的方式连 接， 以模拟液压对称线性执行器，每个气缸的活塞端与另一个汽缸的活塞杆端相 连。 头部侧的压力 PA和另一侧的压力 PB 被认为是反馈信号。 头部侧面的流量质 量保证和另一侧的流量 QB 是阀门的轴向位置 xv 和气缸压力的函数。低频行为, 管道效应没有发挥作用的输入输出行为和理想的石油供应 ,高速钢的模型是由两 个子系统阀和汽缸如图 2 所示。 2 长春工业大学毕业设计（论文）外文资料翻译 2.12.1 液压缸液压缸 微分方程控制致动器的动态给出了梅里特1967和 Mohieddine Kroll2003。 详情如下。 𝑄𝐴− 𝐴𝑃𝓍𝑃𝑃 𝐴 𝑄𝐿𝑖− 𝑄𝐿𝑒𝐴∕ 𝐶𝑕𝐴（1） 𝑄𝐵 𝛼𝐴𝑃𝓍𝑃− 𝑄𝐿𝑖− 𝑄𝐿ℯ𝐵∕ 𝐶𝑕𝐵（2）𝑃 𝐵 图 1研究了液压伺服系统 图 2具有不同定义的阀缸组合 3 长春工业大学毕业设计（论文）外文资料翻译 假设外部泄漏流𝑄𝐿𝑒𝐴和𝑄𝐿ℯ𝐵可以忽略。 室A和室B的水力电容被划分为𝐶𝑕𝐴和 𝐶𝑕𝐵 给出了作为 𝐶𝑕𝐴 𝐶𝑕 𝑃 𝐴,𝑥𝑝 𝐶𝑕𝐵 𝐶𝑕 𝑃 𝐵,𝑥𝑝 𝑆 2 𝑉𝐴 𝑥𝑝 𝑃𝐴𝛽 𝑉𝐵 𝑥𝑝 𝑃𝐵𝛽 𝑉𝑝1.𝐴 𝑥𝑝0𝑥𝑝 𝐴𝑝 𝑃𝐴𝛽 （3） （4） 𝑉𝑝1.𝐵 𝑥𝑝0𝑥𝑝 𝛼𝐴𝑝 𝑃𝐵𝛽 𝑉 𝐴 𝑉 𝑃1,𝐴 𝑥𝑃𝐴𝑃 𝑉 𝐴0 𝑥𝑃𝐴𝑃（5） 𝑉 𝐵 𝑉 𝑃1,𝐵 2 − 𝑥𝑃𝛼𝐴𝑃 𝑉 𝐵0 − 𝑥𝑃𝛼𝐴𝑃（6） 𝑆 这里的 S 是圆柱冲程。VP1、AVP1、B 分别是 a - side 和 B - side 的管道卷。 𝛽是液压缸的有效体积弹性模量。 常用的方程计算液压缸的有效体积弹性模量表示为Mohieddine Kroll,2003 𝑝 𝛽 𝑝 𝑎1𝛽 𝑚𝑎𝑥 𝑙𝑜