[發明專利]一種壓電精密氣體流量閥的復合控制系統及方法

在審

• 申請號: 202110718302.2
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113359421A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 李傳江;鄧徽;王明月;朱燕飛;顧亞
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 丁云

1.一種壓電精密氣體流量閥的復合控制系統，其特征在于，該系統包括：

前饋補償控制器，采用改進PI遲滯模型的逆模型作為前饋補償控制器，所述的前饋補償控制器的輸入為壓電精密氣體流量閥的目標流量，輸出為補償控制電壓；

模糊自適應PID反饋控制器，所述的模糊自適應PID反饋控制器的輸入為壓電精密氣體流量閥的目標流量與實際流量的誤差以及誤差變化率，輸出反饋控制電壓；

累加驅動控制器，用于將所述的前饋補償控制器輸出的補償控制電壓和模糊自適應PID反饋控制器輸出的反饋控制電壓累加作為壓電精密氣體流量閥的輸入電壓控制其運行。

2.根據權利要求1所述的一種壓電精密氣體流量閥的復合控制系統，其特征在于，所述的改進PI遲滯模型表示為：

v(t)表示t時刻壓電精密氣體流量閥的輸入電壓，Y[v](t)表示t時刻壓電精密氣體流量閥的輸出流量，t為時間，T為采樣周期，為play算子的權值向量，為play算子的閾值向量，且有n為play算子的個數，為第i個play算子的權值，為第i個play算子的閾值，為死區算子的權值向量，為死區算子的閾值向量，且有m為死區算子的個數，為第i個死區算子的權值，為為第i個死區算子的閾值，表示傳統PI模型中t-T時刻壓電精密氣體流量閥的輸出流量。

3.根據權利要求2所述的一種壓電精密氣體流量閥的復合控制系統，其特征在于，所述的改進PI遲滯模型中的通過自適應粒子群優化算法進行參數辨識得到。

4.根據權利要求3所述的一種壓電精密氣體流量閥的復合控制系統，其特征在于，自適應粒子群優化算法粒子速度和位置進行更新的具體表達式如下：

t為粒子的當前迭代次數，和分別為第i個粒子的速度和位置信息，為第i個粒子的個體最優位置，xGbest^d為粒子的群體最優位置，c₁和c₂為學習因子，r₁和r₂是屬于0到1之間的隨機數，上標d表示粒子維度，w_i為第i個粒子的慣性權重系數。

5.根據權利要求4所述的一種壓電精密氣體流量閥的復合控制系統，其特征在于，所述的第i個粒子的慣性權重系數更新方式為：

式中，為總迭代次數，Rank(t)為總迭代次數與當前迭代次數的差值，w_min為最小慣性權重系數，w_max為最大慣性權重系數。

6.根據權利要求2所述的一種壓電精密氣體流量閥的復合控制系統，其特征在于，所述的前饋補償控制器為：

Y^-1[Y](t)表示t時刻前饋補償控制器輸出的補償控制電壓，Y(t)表示t時刻前饋補償控制器輸入的壓電精密氣體流量閥的目標流量，表示傳統PI模型中t-T時刻壓電精密氣體流量閥的輸入電壓，w′_Hi、w′_Si、r′_Hi、r′_Si為前饋補償控制器中的待辨識參數。

7.根據權利要求1所述的一種壓電精密氣體流量閥的復合控制系統，其特征在于，所述的模糊自適應PID控制器包括模糊控制器和PID控制器；

所述的模糊控制器用于輸入壓電精密氣體流量閥的目標流量與實際流量的誤差以及誤差變化率，所述的模糊控制器輸出PID控制器中比例系數、積分系數以及微分系數三個參數的調整值；

所述的PID控制器用于輸入壓電精密氣體流量閥的目標流量與實際流量的誤差，并根據模糊控制器的輸出在線調整比例系數、積分系數以及微分系數的大小，所述的PID控制器輸出反饋控制電壓。

8.根據權利要求7所述的一種壓電精密氣體流量閥的復合控制系統，其特征在于，所述的模糊控制器的模糊規則基于以下規律設計：當實際流量背離目標流量時，增大比例系數和微分系數；當實際流量接近目標流量時減小比例系數和/或增大微分系數；當實際流量背離目標流量時，保持或微調當前的PID參數。