[發(fā)明專利]基于離線模糊辨識的高速開關閥PWM信號生成方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910051646.1
• 申請日: 2009-05-21
• 公開（公告）號: CN101566827A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設計）人: 沈偉;施光林;崔霞
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02;F16K31/04
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種高速開關閥控制技術領域的方法，具體是一種基于離線模糊辨識的高速開關閥PWM信號生成方法。

背景技術

相對于伺服閥控制下的液壓或氣動系統(tǒng)，PWM方式下高速開關閥的流體脈沖控制被認為是一種價廉的性能相對較差的實現(xiàn)策略。PWM信號的產生過程是，需要將控制器的輸出轉換為開關閥輸入的具有一定占空比的開關量信號，這必須依賴于一個調節(jié)器(Modulator)的作用。該調節(jié)器就是PWM信號的生成模塊。調節(jié)器有硬件構成和軟件構成之分。硬件產生是傳統(tǒng)的方式。現(xiàn)在大多采用軟件方式。而軟件方式多由板卡中的時間計數(shù)器以及中斷產生。無論是硬件構成還是軟件構成，PWM信號的生成模塊的運作機理是決定PWM方式下高速開關閥控制性能的關鍵所在。

PWM方式下高速開關閥伺服控制系統(tǒng)基本由以下幾個模塊構成：①傳感器及數(shù)據(jù)采集模塊，它的作用是采集與控制目標以及控制過程參數(shù)相關的物理量；在不同的應用場合，所使用的傳感器以及所采集的物理量差異也很大；當然該模塊也可以包含一些輔助環(huán)節(jié)，比如濾波環(huán)節(jié)等；②控制器模塊，其核心是控制策略，將模塊①中所采集的數(shù)據(jù)進行適當?shù)倪\算與所期望的控制目標進行比較，通過運算生成控制參數(shù)；③PWM信號生成模塊，在不同技術方案下模塊中PWM信號的生成機理大不相同；④高速開關閥組模塊，開關閥的性能直接關系到伺服系統(tǒng)的控制效能，高速開關閥的組合方式也略有不同；⑤驅動器模塊，在不同機構中驅動器的數(shù)目可能不同，驅動器的種類差異也很大，但本質上都是一組高速開關閥控制驅動器中流體的流入和流出；⑥機械機構模塊，不同的應用場合機械結構會有很大差異，但它們都是以⑤中的驅動器為動力元件，實現(xiàn)確定的機械運動。PWM方式下高速開關閥伺服控制系統(tǒng)的構成及各模塊之間的相互連接關系。

通常PWM方式下高速開關閥控伺服系統(tǒng)控制策略的設計是將高速開關閥到驅動器段子系統(tǒng)中異常復雜的流體動態(tài)流動特性建模，并納入整個機構系統(tǒng)動態(tài)模型之中。僅僅高速開關閥閥口流體流動特性就具有極強非線性，這無疑將增加控制策略的設計難度，而且綜合控制性能難以保證。即使在雙作用氣缸或者液壓缸的場合，缸兩端的壓差與占空比之間的線性關系得以提高從而簡化了控制策略的設計，但這種特征曲線不穩(wěn)定而且統(tǒng)一性較差，從而極大地壓縮了高速開關閥控制性能的提升空間。

經過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)：Muto?T.，Kato?H.，Yamada?H.，Suematsu?Y.，在《Proceedings?of?the?2nd?JHPS?International?Symposium?on?Fluid?Power》(《第2次JHPS流體傳動國際研討會論文集》)，1993年，P321-326，撰文“Digitalcontrol?of?an?HST?system?with?load?cylinder?operated?by?differential?pulsewidth?modulation”(“差分PWM方式下HST系統(tǒng)中帶負載液壓缸的數(shù)字控制”)，文中提出了差分的PWM方式(D-PWM)，實驗表明這種方法不僅能消除死區(qū)的影響而且可以提高特征曲線的線性度，實際的控制效能也較好；同樣為了獲得氣缸兩端的壓差與占空比之間的線性關系，Varseveld?R.B.，Bone?G.H.在《IEEE/ASMETransactions?on?Mechatronics》(《IEEE/ASME機電控制期刊》)，1997年第2卷第5期，P195-204，撰文“Accurate?position?control?of?a?pneumatic?actuatorusing?on/off?solenoid?valves”(“基于電磁開關閥氣缸的高精度位置控制”)提出了一種新穎的PWM方式；為了克服D-PWM的差分量過大的缺陷，Shih?M.C.，Ma?M.A.在《Mechatronics》(《機電控制》)，1998年第8期，P241-253，撰文“Position?control?of?a?pneumatic?cylinder?using?fuzzy?PWM?control?method”(“在模糊PWM方式下氣缸的位置控制”)提出了改進的差分PWM方式(M-D-PWM)；為了克服死區(qū)的影響，Ahn?K.，Yodeta?S.在《Mechatronics》(《機電控制》)，2005年第15期，P683-702，撰文“Intelligent?switching?control?of?pneumaticactuator?using?on/off?solenoid?valves”(“基于電磁開關閥氣缸的智能切換控制”)引出了改進的PWM方式(MPWM)。上述現(xiàn)有技術都僅適用于高速電磁開關閥控制雙作用氣缸或者液壓缸的情況；而且這些方式對于不同的采樣時間、不同的進出口壓力比會產生較大的差異，統(tǒng)一性較差。對于性能比較好的高速開關閥而言，死區(qū)的影響并不突出，而且它也不是提高開關閥控驅動器控制性能的重點所在。