一種基于模型變換的非對(duì)稱電液比例系統(tǒng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械與電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于模型變換的非對(duì)稱電液比例系統(tǒng) 的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 125MN擠壓機(jī)液壓控制系統(tǒng)采用的是"先導(dǎo)閥結(jié)合節(jié)流閥"的控制形式，本質(zhì)上是 一個(gè)閥控缸液壓系統(tǒng)，當(dāng)活動(dòng)橫梁的速度過(guò)大時(shí)，減小節(jié)流閥的開(kāi)啟高度，當(dāng)速度變小時(shí)， 增大節(jié)流閥閥芯的開(kāi)口度，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。
[0003] 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況表明：節(jié)流閥閥芯在開(kāi)啟和關(guān)閉兩個(gè)方向的特性不一樣，閥芯開(kāi)啟 過(guò)程速度非常慢，關(guān)閉速度非常快，且動(dòng)態(tài)特性不對(duì)稱，主要表現(xiàn)在穩(wěn)定時(shí)間，超調(diào)等。采用 單一的控制器不能同時(shí)滿足啟閉兩個(gè)方向的快速性與穩(wěn)定性要求。分析其原因，除了本身 的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)外，在啟閉兩方向，外載荷還存在著明顯的不同，可以認(rèn)為在擠壓機(jī)工作過(guò)程 中存在外載荷和系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的狀態(tài)變化。具體的問(wèn)題在于，比例閥的不對(duì)稱特性在不對(duì) 稱載荷作用下變得更加明顯，采用統(tǒng)一的控制策略不能解決兩方向控制特性一致的問(wèn)題。
[0004] 現(xiàn)有的電液系統(tǒng)正反速度特性一致性研宄一般從結(jié)構(gòu)和控制理論兩方面進(jìn)行，并 取得了豐碩的成果。在結(jié)構(gòu)上提出了利用雙閥芯、非對(duì)稱閥等控制非對(duì)稱缸，但是由于閥 的加工復(fù)雜，且高頻轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)及負(fù)載變化頻率高的情況下，對(duì)于消除壓力躍變和運(yùn)動(dòng)的不 對(duì)稱性效果較差，工業(yè)上應(yīng)用不是很廣，還需要深入研宄。在控制理論方面，傳統(tǒng)的解決方 案是基于統(tǒng)一模型，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)參量，采用自適應(yīng)的補(bǔ)償技術(shù)，提出了很多的補(bǔ)償方 法。雖然這些方法在理論能有效的解決不對(duì)稱問(wèn)題。但是它們的共同特點(diǎn)是理論較復(fù)雜， 參數(shù)調(diào)節(jié)較多，設(shè)計(jì)和維護(hù)難度大，對(duì)工程技術(shù)人員要求高。并且由于控制程序比較復(fù)雜， 實(shí)時(shí)性差，很難在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用。
[0005] 根據(jù)以上分析，現(xiàn)有的非對(duì)稱控制策略在制造成本，復(fù)雜工況，穩(wěn)定性方面無(wú)法滿 足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用。故提出工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)用的非對(duì)稱控制策略有重要的工程意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種基于模型變換的非對(duì)稱電液比例系統(tǒng)的控制方法，其目的在 于，克服現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于實(shí)現(xiàn)一般性的非對(duì)稱電液系統(tǒng)響應(yīng)一致性的缺陷，利用變換傳遞 函數(shù)將非對(duì)稱電液比例系統(tǒng)非對(duì)稱的數(shù)學(xué)模型，變換成對(duì)稱的系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)負(fù)載流量模 型的對(duì)稱變換，使得采用統(tǒng)一控制器時(shí)正反向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)一致。
[0007] -種基于模型變換的非對(duì)稱電液比例系統(tǒng)的控制方法，利用變換傳遞函數(shù)將非對(duì) 稱電液比例系統(tǒng)非對(duì)稱的數(shù)學(xué)模型，變換成對(duì)稱的系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)負(fù)載流量模型的對(duì)稱變 換，使得采用統(tǒng)一控制器時(shí)正反向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)一致；
[0008] 模型變換后的負(fù)載流量模型為所述對(duì)稱的系統(tǒng)模型，如下所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于模型變換的非對(duì)稱電液比例系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，利用變換傳遞 函數(shù)將非對(duì)稱電液比例系統(tǒng)非對(duì)稱的數(shù)學(xué)模型，變換成對(duì)稱的系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)負(fù)載流量模 型的對(duì)稱變換，使得采用統(tǒng)一控制器時(shí)正反向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)一致； 模型變換后的負(fù)載流量模型為所述對(duì)稱的系統(tǒng)模型，如下所示：
其中，T(s)為變換后正向負(fù)載流量模型傳遞函數(shù)，T'（S)為變換后反向負(fù)載流量模型 傳遞函數(shù)； Z二，其中Ui和U2分別為比例閥左位和右位死區(qū)信號(hào)值. 所述變換傳遞函數(shù)如下：
M(s)為正向負(fù)載流量模型變換傳遞函數(shù)，M'（S)為反向負(fù)載流量模型變換傳遞函數(shù)；
正向負(fù)載流量比值為W,. =。/.,/化,，其中，i代表不同的負(fù)載壓力狀態(tài)，i= 0為基本負(fù) 載壓力狀態(tài)，i= 0, 1，2. . .n，n為正整數(shù)；反向負(fù)載流量比值為巧=&,'/公..,,'； 負(fù)載流量為流入或流出無(wú)桿腔的流量，正向運(yùn)動(dòng)時(shí)流入無(wú)桿腔的負(fù)載流量為0,，反向 運(yùn)動(dòng)時(shí)流出無(wú)桿腔的負(fù)載流量為結(jié)：；，&,.'為負(fù)值； G(s)為非對(duì)稱電液比例系統(tǒng)變換前，在比例閥線性區(qū)域中，正向負(fù)載流量模型傳遞函 數(shù).
G'（S)為非對(duì)稱電液比例系統(tǒng)變換前，在比例閥線性區(qū)域中，反向負(fù)載流量模型傳遞函 數(shù)：
曰為中間變量，其中a= ，Cd為流量系數(shù)，取值為0.68~0.8之間，《為比例 閥開(kāi)口面積梯度，p為介質(zhì)密度； n為非對(duì)稱缸的兩腔面積之比，n=A2/Ai，Ps為系統(tǒng)的供油的壓力，Pe為回油的壓力，Pi，P2分別無(wú)桿腔和有桿腔的壓力，負(fù)載壓力Pu=P1-nP2,正向運(yùn)動(dòng)時(shí)負(fù)載壓力為C，反向 運(yùn)動(dòng)時(shí)負(fù)載壓力為&'，L為最大的閥巧位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模型變換的非對(duì)稱電液比例系統(tǒng)的控制方法，其特 征在于，所述變換傳遞函數(shù)是通過(guò)信號(hào)變換方式等價(jià)實(shí)現(xiàn)，信號(hào)變換公式為：
其中，（U，U'）為給定的比例閥的正反向參考信號(hào)，咕，Ui'）為通過(guò)信號(hào)變換后獲得的 實(shí)際給比例閥輸入的正反向信號(hào)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于模型變換的非對(duì)稱電液比例系統(tǒng)的控制方法，利用變換傳遞函數(shù)將非對(duì)稱電液比例系統(tǒng)非對(duì)稱的數(shù)學(xué)模型，變換成對(duì)稱的系統(tǒng)模型，實(shí)現(xiàn)負(fù)載流量模型的對(duì)稱性，使得采用統(tǒng)一控制器時(shí)正反向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)一致；通過(guò)信號(hào)變換構(gòu)建非對(duì)稱系統(tǒng)的負(fù)載流量模型，達(dá)到變換傳遞函數(shù)變換模型的目的，新構(gòu)建的系統(tǒng)模型即為對(duì)稱的負(fù)載流量模型。實(shí)現(xiàn)方式為：給定比例閥對(duì)稱的參考信號(hào)，通過(guò)信號(hào)變換后獲得新的比例閥的輸入信號(hào)，控制比例閥工作，使得非對(duì)稱電液比例系統(tǒng)在比例閥線性區(qū)域的正向與反向運(yùn)動(dòng)的負(fù)載流量一致；該方法將系統(tǒng)的非對(duì)稱因素通過(guò)數(shù)學(xué)變換，消除非對(duì)稱因素的影響，簡(jiǎn)單智能的實(shí)現(xiàn)電液比例非對(duì)稱系統(tǒng)的響應(yīng)一致。
【IPC分類】F15B9-03
【公開(kāi)號(hào)】CN104847715
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510197350
【發(fā)明人】譚建平, 曾樂(lè), 許文斌
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年4月23日