[發明專利]一種對電液伺服系統的位置和力信號的協同控制方法

在審

• 申請號: 201710190808.4
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107015476A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 高炳微;王偉;王思凱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電液伺服系統控制領域，涉及到一種電液伺服系統力信號和位置信號協同控制方法。

背景技術

電液伺服系統工作過程中不僅會有位姿上的變動，還會與外界產生接觸力，同時工作環境也會受到外界和系統的非線性因素產生的振動和沖擊的影響。鑒于此，本研究通過對電液伺服系統的力和位置的協同控制進行研究，目的是為了提高電液伺服系統的負載能力和定位精度，實現位置信號和力信號的協同控制，滿足生產實踐的需要。

此方面的研究有很多，國外學者Mason提出一種力/位協同控制的思想用于完成柔順控制的功能。其方法單獨針對電液伺服系統力信號和位置信號進行控制，因此過于局限，沒有考慮位置信號和力信號之間的協同關系。目前常用的方法也是通過各種復雜的傳感器對位置信號和力信號進行檢測，通過軟件處理反饋數據構建位置信號和力信號間的關系來對位置信號和力信號進行協同控制，雖然效果也很好但是過程也較為復雜，容易受到外界環境的影響。本發明采用方法思路簡單，其控制性能也非常良好，能夠方便且有效解決電液伺服系統位置信號和力信號間的協同控制問題。

發明內容

一種對電液伺服系統的位置信號和力信號的協同控制方法。

本發明按以下步驟實現：

步驟1.設計離散PID控制器：

本文在位置控制部分采用離散PID控制器進行控制。PID控制是指將比例、積分、微分控制進行線性組合而得到控制器，適合用于不能完全掌握系統結構參數的控制對象或不能得到精確的數學模型的場合，在工程實際中應用最為廣泛，其特點是結構簡單、穩定性好、工作可靠；PID控制器的結構如圖1所示。

離散PID控制器理論結構如下：

式中，T為采樣周期。K_P為比例系數。K_I為積分系數。K_D微分系數。T_I為積分時間常數。T_D為微分時間常數。第k個采樣周期偏差與輸入輸出關系為：

為了實現有效控制，其參數要求如下：

步驟2.設計自適應模糊神經網絡控制器：

自適應模糊神經網絡控制算法是不依賴控制對象的控制算法。此算法將神經網絡的自學習能力和模糊理論表達知識的能力結合起來，可提高整個系統對知識的學習和表達能力，減小系統在整個工作過程中由于速度變化和系統非線性因素導致的振動和沖擊，同時能提高整個控制過程穩定性。自適應模糊神經網絡結構示意圖如圖2所示。

Matlab中的自適應模糊神經網絡，是用神經網絡理論自動建立Sugeno型模糊模型的一個軟件。根據預先裝入的測試數據可以自動的生成初始的FIS。生成初始的FIS采用網格分割法，輸入向量設置為3和3，隸屬度函數類型選用gaussmf型且輸出變量選用線性函數類型作為輸出類型。對初始的FIS進行對訓練中誤差設為0.001，訓練次數設為100。經過了100次的訓練誤差以后的誤差為0.0056877。據此可以根據高斯隸屬度函數公式：

對e和ec進行訓練，可以得出e訓練以后覆蓋模糊子集的高斯隸屬度函數表達式：

同樣，在訓練后輸入變量ec的隸屬度函數會發生變化。可以得出ec訓練以后覆蓋模糊子集的高斯隸屬度函數表達式：

訓練后輸出量的隸屬度函數為9個輸出函數，獲取當前9個隸屬度函數的相應參數，可以歸納出該系統的輸出函數為：

f1=-0.004742e+0.0009752ec+0.003943

f2= -0.5691e+2.076e-06ec+0.2173

f3= -31.49e+8.549ec+17.1

f4= -0.2256e+0.06084ec+0.1203

f5= -0.1678e+0.0001295ec-0.1535