[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 |
| 地址： | 200234 *** | 國省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 壓電 精密 氣體 流量 復合 控制系統 方法 | ||
本發明涉及一種壓電精密氣體流量閥的復合控制系統及方法，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。與現有技術相比，本發明具有控制精度高、響應速度快等優點。
技術領域
本發明涉及精密氣體流量閥控制技術領域，尤其是涉及一種壓電精密氣體流量閥的復合控制系統及方法。
背景技術
隨著氣動技術的發展，氣體精密控制在智能機器人、工業自動化、醫療機械等領域的應用越來越多，對氣體流量控制技術的要求也越來越高。采用壓電雙晶片作為驅動器的壓電精密氣體流量閥具有功耗低、位移大響應速度快等一系列優點，但在實際應用中，壓電雙晶片材料自身固有的遲滯等非線性特以及氣體流動的復雜因素會導致壓電驅動氣體流量閥存在控制精度變差、響應速慢等問題。
隨著氣體流量控制的廣泛應用，針對壓電驅動精密氣體流量閥，考慮壓電陶瓷材料的遲滯非線性，對氣體流量閥進行建模及控制研究，以提高氣體流量閥的控制效率和精度，對實現高精度氣體流量控制具有一定的理論價值與研究意義。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種壓電精密氣體流量閥的復合控制系統及方法。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
一種壓電精密氣體流量閥的復合控制系統，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。
優選地，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。
優選地，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。
優選地，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，xGbestd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，wi為第i個粒子的慣性權重系數。
優選地，所述的第i個粒子的慣性權重系數更新方式為：
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