：本發(fā)明屬于液壓傳動與控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種液壓缸雙缸同步系統(tǒng)及其控制方法，尤其涉及一種基于高速開關(guān)閥和模糊控制策略的閉環(huán)協(xié)同式高精度雙缸同步系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：
：目前針對液壓系統(tǒng)雙缸同步控制的研究比較多，常用的控制閥為比例換向閥，控制策略基本采用Proportional-Integral-Derivative(PID)控制，這種控制方法在實際應(yīng)用中的同步控制效果不佳，雙缸之間依然存在較大的同步誤差。而基于高速開關(guān)閥及模糊控制策略的協(xié)同式雙缸同步控制方法是指利用高速開關(guān)閥的流量特性以及模糊控制策略，通過對液壓缸的協(xié)同速度控制實現(xiàn)雙缸同步控制的方法，此項技術(shù)將大大促進(jìn)雙缸同步控制技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。在本發(fā)明以前的現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于對基于高速開關(guān)閥的雙缸同步控制方法的研究主要是湖南師范大學(xué)的劉忠教授和他的學(xué)生何謙，他們的研究成果主要體現(xiàn)在：何謙2008年的碩士學(xué)位論文《基于高速開關(guān)閥的液壓同步控制系統(tǒng)設(shè)計與研究》、2009年1月第1期的《制造技術(shù)與機床》中的《高速開關(guān)閥的液壓同步系統(tǒng)設(shè)計》、2010年7月第7期的《制造技術(shù)與機床》中的《高速開關(guān)閥直控式閉環(huán)液壓同步系統(tǒng)》、2010年12月第12期的《制造技術(shù)與機床》中的《液壓舉升機構(gòu)的高精度同步控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真》、2009年3月第3期的《建筑機械》中的《基于高速開關(guān)閥的液壓同步系統(tǒng)》、2011年1月第1期的《機械與電子》中的《單閥直控式高速開關(guān)閥液壓同步系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立》。其采用高速開關(guān)閥進(jìn)行同步控制的原理(如圖1所示)是：將高速開關(guān)閥串聯(lián)到液壓執(zhí)行器的回油管路上，采集兩個液壓執(zhí)行器的位移信號，并以兩個位移的差值信號為基信號，經(jīng)模糊自適應(yīng)PID控制器生成脈沖控制信號，將脈沖信號放大后對高速開關(guān)閥進(jìn)行控制。通過對高速開關(guān)閥的控制實現(xiàn)對液壓執(zhí)行器的控制，進(jìn)而實現(xiàn)同步控制。在上述同步控制方法中，由于將高速開關(guān)閥串聯(lián)到液壓油路中，且高速開關(guān)閥的通流流量有限，導(dǎo)致對液壓執(zhí)行器的運行狀態(tài)產(chǎn)生影響，降低了液壓執(zhí)行器的最大運行速度，即該方法存在適用范圍小、同步精度低、且高速開關(guān)閥對系統(tǒng)狀態(tài)的影響較大的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：針對上述現(xiàn)有技術(shù)狀況，本發(fā)明的目的在于：提出一種控制精度高，適用范圍廣、基于高速開關(guān)閥及模糊控制策略的協(xié)同式雙缸同步系統(tǒng)及其控制方法。現(xiàn)將本發(fā)明技術(shù)解決方案敘述如下：本發(fā)明一種協(xié)同式高精度雙缸同步控制系統(tǒng)：其特征在于：(如圖2所示)包括：兩個安裝有位移傳感器的液壓缸、兩組并聯(lián)的高速開關(guān)閥組、固化有控制策略的模糊控制器；所述的位移傳感器與液壓缸固定連接，并實時測量液壓缸的位移信息送入模糊控制器；所述的兩組并聯(lián)的高速開關(guān)閥組分別與液壓缸并聯(lián)，每組高速開關(guān)閥組中高速開關(guān)閥的數(shù)量根據(jù)實際需求改變；所述的模糊控制器中固化有控制策略；模糊控制器輸出的數(shù)字脈沖控制信號直接控制高速開關(guān)閥組中高速開關(guān)閥的閥口開度。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種協(xié)同式高精度雙缸同步控制系統(tǒng)：其特征在于：所述的高速開關(guān)閥的閥口開度與高速開關(guān)閥的平均流量之間存在嚴(yán)格的線性關(guān)系且高速開關(guān)閥工作在線性工作區(qū)域；輸入高速開關(guān)閥的數(shù)字脈沖控制信號直接控制高速開關(guān)閥的閥口開度，間接通過平均流量的控制實現(xiàn)對液壓缸的速度控制。本發(fā)明還提供一種協(xié)同式高精度雙缸同步控制方法：其特征在于：所述的控制方法是指充分利用系統(tǒng)的高速開關(guān)閥數(shù)字信號可控以及平均流量線性特性的優(yōu)勢，通過模糊控制器中固化的模糊控制策略實現(xiàn)對液壓缸的協(xié)同式高精度同步控制；具體包括以下步驟：步驟1：由系統(tǒng)采集卡的端口采集兩個位移傳感器的位移信息并進(jìn)行比較；步驟2：定義模糊控制策略：步驟2.1：左缸位移減右缸位移的不同類型位移誤差信號分別為負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大，負(fù)值指所有誤差為負(fù)的情況，正值指所有誤差為正的情況；步驟2.2：左缸位移減右缸位移的不同類型位移誤差變化量信號分別為負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大分別表示不同類型的位移誤差趨勢項信號；步驟2.3：其余為模糊控制器的輸出量，零、正小、正中、正大分別表示模糊控制器產(chǎn)生的不同占空比類型的脈沖控制信號。步驟3：當(dāng)左缸位移小于右缸位移或左缸位移大于右缸位移時，輸出零類控制信號經(jīng)采集卡的端口至高速開關(guān)閥；步驟4：當(dāng)左缸位移等于右缸位移時，左、右缸分別輸出零類、正小類、正中類、正大類控制信號經(jīng)采集卡的端口至高速開關(guān)閥；步驟4.1：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為正時輸出零類控制信號；步驟4.2：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為零時輸出零類控制信號；步驟4.3：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為負(fù)小時輸出零類控制信號；步驟4.4：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為其它時輸出零類控制信號；步驟5：當(dāng)左缸位移減右缸位移為負(fù)小類信號時，左、右缸分別輸出零類、正小類、正中類、正大類控制信號經(jīng)采集卡的端口至高速開關(guān)閥；步驟5.1：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為正大或正中時輸出零類控制信號；步驟5.2：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為正小時輸出正小類控制信號；步驟5.3：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為零時輸出正中類控制信號；步驟5.4：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為其它時輸出正大類控制信號；步驟6：當(dāng)左缸位移減右缸位移為負(fù)中類信號時，左、右缸分別輸出零類、正小類、正中類、正大類控制信號經(jīng)采集卡的端口至高速開關(guān)閥；步驟6.1：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為負(fù)大時輸出零類控制信號；步驟6.2：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為負(fù)中時輸出正小類控制信號；步驟6.3：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為負(fù)小時輸出正中類控制信號；步驟6.4：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為其它時輸出正大類控制信號；步驟7：當(dāng)左缸位移減右缸位移為負(fù)大類信號時，左、右缸分別輸出零類、正小類、正中類、正大類控制信號經(jīng)采集卡的端口至高速開關(guān)閥；步驟7.1：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為正大時輸出正小類控制信號；步驟7.2：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為正中時輸出正中類控制信號；步驟7.3：當(dāng)左缸位移減右缸位移的變化趨勢為其它時輸出正大類控制信號；步驟8：當(dāng)雙缸位移差較大時，提高控制快缸高速開關(guān)閥的數(shù)字脈沖控制信號的占空比，使快缸運行速度變慢，同時降低控制慢缸高速開關(guān)閥的數(shù)字脈沖控制信號的占空比，使快缸運行速度變快；步驟9：當(dāng)雙缸位移差較小時，減小控制兩個高速開關(guān)閥組的數(shù)字脈沖控制信號之間的占空比之差，并使兩個數(shù)字脈沖控制信號占空比均保持在較低的水平。上述方法的具體控制策略如表1、2所示。表1左缸系統(tǒng)采用的模糊控制規(guī)則表2右缸系統(tǒng)采用的模糊控制規(guī)則表1、2中列標(biāo)題為位移誤差(左缸位移減右缸位移)，負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大分別表示不同類型的位移誤差信號，負(fù)值指所有誤差為負(fù)的情況，正值指所有誤差為正的情況；行標(biāo)題為位移誤差變化量信號，負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大分別表示不同類型的位移誤差趨勢項信號；其余為模糊控制器的輸出量，零、正小、正中、正大分別表示模糊控制器產(chǎn)生的不同占空比類型的脈沖控制信號。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)越性在于：(1)協(xié)同式雙缸同步控制系統(tǒng)回路中兩組高速開關(guān)閥組分別與液壓缸并聯(lián)，高速開關(guān)閥組中高速開關(guān)閥的數(shù)量可以根究實際需求改變，能夠適應(yīng)不同情況的需要，增大了流量調(diào)節(jié)范圍，擴大了應(yīng)用范圍。(2)模糊控制器中的控制策略可以根據(jù)實際的雙缸同步精度要求調(diào)整，應(yīng)用范圍更廣。試驗表明，本發(fā)明提出的方法比現(xiàn)有方法雙缸同步精度高。(3)與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明充分利用高速開關(guān)閥數(shù)字信號可控的特性，有效實現(xiàn)了計算機控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的有機結(jié)合。附圖說明：圖1現(xiàn)有技術(shù)中單閥直控式同步回路結(jié)構(gòu)原理圖其中：1、2為高速開關(guān)3、4為位移傳感器圖2本發(fā)明協(xié)同式雙缸同步控制系統(tǒng)圖3左缸控制策略流程圖圖4右缸控制策略流程圖圖5本發(fā)明協(xié)同式雙缸行程誤差曲線圖6本發(fā)明協(xié)同式雙缸同步系統(tǒng)實驗誤差曲線具體實施方式現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做進(jìn)一步說明：實施例：為了驗證本發(fā)明一種基于高速開關(guān)閥及模糊控制策略的協(xié)同式高精度雙缸同步控制方法的實際可行性，采用仿真與試驗兩種方式進(jìn)行驗證。設(shè)每組高速開關(guān)閥組包括兩個兩通常閉式高速開關(guān)閥，閥及油液的特性參數(shù)如表3、4所示。表3高速開關(guān)閥仿真模型參數(shù)列表序號參數(shù)代號單位大小1油液密度ρkg/m38502流量系數(shù)Cd-0.673球閥直徑Dm0.0024球閥座半角θdeg205閥芯最大位移xvmm0.0013表4高速開關(guān)閥開關(guān)特性參數(shù)結(jié)合油缸的具體尺寸將表1、2中的具體化，如表5、6、7所示。表5模糊控制規(guī)則中縱坐標(biāo)位移誤差細(xì)化表表6模糊控制規(guī)則中橫坐標(biāo)誤差變化趨勢細(xì)化表負(fù)大負(fù)中負(fù)小零正小正中正大小于-2mm/s-2～-1mm/s-1mm/s～000～1mm/s1～2mm/s大于2mm/s表7模糊控制規(guī)則中輸出量對應(yīng)信號占空比細(xì)化表零正小正中正大小于20％35％50％70％將具體化的模糊控制策略寫入模糊控制器，仿真得出雙缸的行程誤差曲線如圖5所示。由行程誤差曲線可知，在協(xié)同式雙缸同步系統(tǒng)中，高速開關(guān)閥能有效降低雙缸的同步誤差。在液壓實驗平臺上搭建了協(xié)同式雙缸同步控制系統(tǒng)，獲得雙缸行程誤差曲線如圖6所示。由同步控制的實驗結(jié)果可知，高速開關(guān)閥能夠有效地消除雙缸的不同步。從圖6給出同步誤差曲線可知，雙缸行程同步誤差較小，主要部分誤差控制在0.001m以內(nèi)，優(yōu)于現(xiàn)有方法，僅有初始位置同步誤差較大為0.0026m，這是由于初始狀態(tài)外界環(huán)境難以保證一致造成的。