顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例泵放大器算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例泵放大器算法，通過顫振智能算法、顫振提取算法單元、濾波器、活塞桿位置智能算法、活塞桿位置采樣濾波模塊、活塞桿位置采集模塊、顫振疊加算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)比例電磁鐵的顫振和位移雙閉環(huán)(含電流小閉環(huán))控制，并提出了位移疊加顫振改善滯環(huán)現(xiàn)象的方法和積分分離與抗積分飽和算法；從而解決了滯環(huán)影響比例閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和積分飽和帶來的誤差不斷積累以及系統(tǒng)穩(wěn)定性不斷下降的問題。本發(fā)明能夠有效地提高控制的精度、控制的穩(wěn)定性以及控制器抗干擾的能力。因此，本發(fā)明具有很強(qiáng)的實(shí)用性和應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】
顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例累放大器算法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于液壓控制技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例累放大 器算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著機(jī)械裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)液壓閥的流量、精度、響應(yīng)速度方向提出了愈 來愈高的要求，比例累因此而發(fā)展起來。常規(guī)的比例累一般為開環(huán)控制，不帶閉環(huán)反饋信 號(hào)，或者為單一反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，性能水平較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性較差。同時(shí)，開環(huán) 控制系統(tǒng)，沒有實(shí)時(shí)高效的閉環(huán)位置控制算法，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閥忍位移，很難有效消除閥忍 遮蓋對(duì)流量特性的影響，具有較大的滯環(huán)，響應(yīng)時(shí)間長，控制精度較低。
[0003] 比例電磁鐵在實(shí)際工作過程中，磁鐵材料會(huì)存在磁滯特性，累的運(yùn)動(dòng)組件和閥腔 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)必然形成摩擦力，此外，累的運(yùn)動(dòng)組件之間通常存在機(jī)械間隙，運(yùn)些因素均會(huì)導(dǎo) 致比例閥的穩(wěn)態(tài)特性呈現(xiàn)滯環(huán)現(xiàn)象。因此在電磁鐵驅(qū)動(dòng)信號(hào)中疊加特定參數(shù)的顫振是目前 工程實(shí)際中改善位置滯環(huán)的常用方法。
[0004] 常規(guī)的反饋控制系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部特性的變化和外部擾動(dòng)的影響具有一定的抑 制能力，但由于控制器參數(shù)是固定的，所W當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部特性變化或者外部擾動(dòng)的變化幅度 很大時(shí)，系統(tǒng)的性能常常會(huì)大幅度下降，甚至不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服上述不足提供一種顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例累放大 器算法。
[0006] 本發(fā)明一種顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例累放大器算法，包括W下步驟：
[0007] SI,第一比較器1獲取采樣電流6檢測(cè)到比例電磁鐵7的實(shí)際電流和顫振提取算法 單元22處理后的反饋值，并對(duì)運(yùn)二者進(jìn)行差值運(yùn)算，然后經(jīng)過顫振智能算法23運(yùn)算處理； [000引S2,第二比較器3獲取并處理控制系統(tǒng)的輸入活塞桿位置的設(shè)定值和活塞桿位置 采樣濾波單元42處理后的反饋值，并對(duì)運(yùn)二者進(jìn)行差值運(yùn)算，然后經(jīng)過活塞桿位置智能算 法43運(yùn)算處理；
[0009] S3,將Sl和S2計(jì)算的結(jié)果發(fā)送給顫振疊加算法5,然后傳輸給比例電磁鐵7,驅(qū)動(dòng)液 壓缸8中活塞桿的運(yùn)動(dòng)，最后由安裝在液壓缸8活塞桿上的位移傳感器9感知活塞桿位置的 變化。
[0010] 所述Sl具體包括W下步驟：
[0011] SI. 1，初始化比例電磁鐵7,位移傳感器9輸出的位置反饋信號(hào)經(jīng)過濾波器21和顫 振提取算法單元22的處理，發(fā)送至第一比較器1的第二輸入端;所述第一比較器1判斷經(jīng)位 移傳感器9、濾波器21和顫振提取算法單元22處理的反饋信號(hào)是否發(fā)送至所述第一比較器1 的第二輸入端；當(dāng)該第一比較器1確認(rèn)經(jīng)位移傳感器9、濾波器21和顫振提取算法單元22處 理的反饋信號(hào)發(fā)送至所述第一比較器1的第二輸入端時(shí)，第一比較器1進(jìn)行下一步SI. 2;否 則所述第一比較器I繼續(xù)數(shù)據(jù)采樣；
[0012] SI. 2,采用第一比較器1計(jì)算采樣電流6檢測(cè)到比例電磁鐵7的實(shí)際電流與顫振反 饋信號(hào)的差值，將計(jì)算結(jié)果發(fā)送至顫振智能算法23。
[0013] 所述S2具體包括W下步驟：
[0014] S2.1，用戶給定的活塞桿位置設(shè)定值，位移傳感器9輸出的位置反饋信號(hào)經(jīng)過活塞 桿位置采集模塊41的采集，再通過活塞桿位置采樣濾波單元42的處理，發(fā)送至所述第二比 較器3的第二輸入端;所述第二比較器3判斷經(jīng)位移傳感器9、活塞桿位置采集模塊41和活塞 桿位置采樣濾波單元42處理的反饋信號(hào)是否發(fā)送至所述第二比較器3的第二輸入端；當(dāng)該 第二比較器3確認(rèn)經(jīng)位移傳感器9、活塞桿位置采集模塊41和活塞桿位置采樣濾波單元42處 理的反饋信號(hào)發(fā)送至所述第二比較器3的第二輸入端時(shí)，該第二比較器3進(jìn)行下一步S2.2; 否則所述第二比較器3繼續(xù)數(shù)據(jù)采樣；
[0015] S2.2,采用第二比較器3計(jì)算用戶給定的活塞桿位置設(shè)定值與位置反饋信號(hào)的差 值，當(dāng)前者大于后者時(shí)，當(dāng)前的積分環(huán)節(jié)恢復(fù)正常的偏差累加；當(dāng)前者小于后者時(shí)，當(dāng)前的 積分環(huán)節(jié)只對(duì)負(fù)偏差進(jìn)行累加；
[0016] S2.3，將所述步驟S2.2的計(jì)算結(jié)果發(fā)送至活塞桿位置智能算法43。
[0017] 所述S2.2具體包括W下步驟：
[0018] S2.2.1，所述位置反饋信號(hào)經(jīng)過濾波器21濾除輸入信號(hào)的干擾，然后將該信號(hào)發(fā) 送至第hk巧柴3的笛^輸A溫.濾淋柴91慨化抹巧的傳遞函數(shù)如下；
[0019]
[0020] 式(1)中，T( j CO )為系統(tǒng)的頻率特性
，慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常邀
[0021] S2.2.2,第二比較器3比較位置的反饋值和設(shè)定值，如果偏差較大，取消積分作用， 如果偏^生夸/I、.京引法韋術(shù)々nT.
[00剖
（2)
[0023] 式中，U化)為控制的輸出量，error化)為反饋值與位移的設(shè)定值的偏差，kp為比例 系數(shù);k功積分系數(shù);kd為微分系數(shù)，Ts是采樣周期，峽J積分環(huán)節(jié)的開關(guān)系數(shù)，當(dāng)I error(k) > ￡時(shí)，0 = 0;當(dāng) I erroHk) I時(shí)，0 = 1。
[0024] 本發(fā)明提出一種顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例累放大器算法，能夠根據(jù)比例累的活 塞桿位置的不同進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整，最終得到比例累具體的活塞桿位置，該控制方案精確 度高。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明一種顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例累放大器算法圖。
[0026] 圖2是本發(fā)明一種顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例累放大器算法的整體流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] W下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：
[0028] 如圖1所示，顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例累放大器算法包含:第一比較器1、顫振控 制部件2、第二比較器3、位置控制部件4、顫振疊加算法5。其中，第一比較器1的第一輸入端 獲取采樣電流6檢測(cè)到比例電磁鐵的實(shí)際電流;顫振控制部件2與第一比較器1連接;第一比 較器與顫振智能算法23連接;第二比較器3的第一輸入端獲取輸入活塞桿位置設(shè)定值;位置 控制部件4的與第二比較器3連接;第二比較器與活塞桿位置智能算法43連接;顫振智能算 法和活塞桿位置智能算法與顫振疊加算法單元5連接。顫振控制部件2包含:濾波器21，顫振 提取算法單元22,顫振智能算法23。其中顫振智能算法包含PID算法、專家算法、模糊控制算 法等，顫振智能算法23的輸入端與第一比較器1的輸出端連接;第一比較器1通過對(duì)采樣電 流6檢測(cè)到比例電磁鐵的實(shí)際電流與顫振幅值提取算法22發(fā)送的反饋信號(hào)值進(jìn)行比較計(jì) 算，獲取顫振幅值誤差ek。位置控制部件4包含:活塞桿位置采集模塊41，活塞桿位置采樣濾 波單元42,活塞桿位置智能算法43。其中活塞桿位置智能算法包含PID算法、專家算法、模糊 控制算法等，活塞桿位置智能算法43的輸入端與第二比較器3的輸出端連接;第二比較器3 通過對(duì)獲取輸入活塞桿位置設(shè)定值與活塞桿位置采樣濾波單元42發(fā)送的反饋信號(hào)值進(jìn)行 比較計(jì)算，獲取位置誤差e'k。
[0029] 本發(fā)明中，引入的濾波器能夠有效的濾除輸入信號(hào)的干擾;積分分離與抗積分飽 和算法能夠有效的防止由于積分環(huán)節(jié)導(dǎo)致的系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，降低系統(tǒng)的超調(diào)量，避免積 分飽和，同時(shí)又能減小控制器穩(wěn)定性的誤差，提高控制器位移的控制精度;帶死區(qū)的控制算 法計(jì)算能夠有效的改善死區(qū)帶來的顫動(dòng)問題。顫振疊加算法單元5將顫振智能算法23獲取 的顫振幅值誤差ek和活塞桿位置智能算法43獲取的位置誤差e ' k進(jìn)行運(yùn)算得到電流，發(fā)送至 比例電磁鐵7。
[0030] -種顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例累放大器算法，包括W下步驟：
[0031] SI,第一比較器1獲取采樣電流6檢測(cè)到比例電磁鐵7的實(shí)際電流和顫振提取算法 單元22處理后的反饋值，并對(duì)運(yùn)二者進(jìn)行差值運(yùn)算，然后經(jīng)過顫振智能算法23運(yùn)算處理；
[0032] S2,第二比較器3獲取并處理控制系統(tǒng)的輸入活塞桿位置的設(shè)定值和活塞桿位置 采樣濾波單元42處理后的反饋值，并對(duì)運(yùn)二者進(jìn)行差值運(yùn)算，然后經(jīng)過活塞桿位置智能算 法43運(yùn)算處理；
[0033] S3,將Sl和S2計(jì)算的結(jié)果發(fā)送給顫振疊加算法5,然后傳輸給比例電磁鐵7,驅(qū)動(dòng)液 壓缸8中活塞桿的運(yùn)動(dòng)，最后由安裝在液壓缸8活塞桿上的位移傳感器9感知活塞桿位置的 變化。
[0034] 所述Sl具體包括W下步驟：
[0035] SI. 1，初始化比例電磁鐵7,位移傳感器9輸出的位置反饋信號(hào)經(jīng)過濾波器21和顫 振提取算法單元22的處理，發(fā)送至第一比較器1的第二輸入端;所述第一比較器1判斷經(jīng)位 移傳感器9、濾波器21和顫振提取算法單元22處理的反饋信號(hào)是否發(fā)送至所述第一比較器1 的第二輸入端；當(dāng)該第一比較器1確認(rèn)經(jīng)位移傳感器9、濾波器21和顫振提取算法單元22處 理的反饋信號(hào)發(fā)送至所述第一比較器1的第二輸入端時(shí)，第一比較器1進(jìn)行下一步SI. 2;否 則所述第一比較器1繼續(xù)數(shù)據(jù)采樣；
[0036] SI. 2,采用第一比較器1計(jì)算采樣電流6檢測(cè)到比例電磁鐵7的實(shí)際電流與顫振反 饋信號(hào)的差值，將計(jì)算結(jié)果發(fā)送至顫振智能算法23。
[0037] 所述S2具體包括W下步驟：
[0038] S2.1，用戶給定的活塞桿位置設(shè)定值，位移傳感器9輸出的位置反饋信號(hào)經(jīng)過活塞 桿位置采集模塊41的采集，再通過活塞桿位置采樣濾波單元42的處理，發(fā)送至所述第二比 較器3的第二輸入端;所述第二比較器3判斷經(jīng)位移傳感器9、活塞桿位置采集模塊41和活塞 桿位置采樣濾波單元42處理的反饋信號(hào)是否發(fā)送至所述第二比較器3的第二輸入端；當(dāng)該 第二比較器3確認(rèn)經(jīng)位移傳感器9、活塞桿位置采集模塊41和活塞桿位置采樣濾波單元42處 理的反饋信號(hào)發(fā)送至所述第二比較器3的第二輸入端時(shí)，該第二比較器3進(jìn)行下一步S2.2; 否則所述第二比較器3繼續(xù)數(shù)據(jù)采樣；
[0039] S2.2,采用第二比較器3計(jì)算用戶給定的活塞桿位置設(shè)定值與位置反饋信號(hào)的差 值，當(dāng)前者大于后者時(shí)，當(dāng)前的積分環(huán)節(jié)恢復(fù)正常的偏差累加；當(dāng)前者小于后者時(shí)，當(dāng)前的 積分環(huán)節(jié)只對(duì)負(fù)偏差進(jìn)行累加；
[0040] S2.3，將所述步驟S2.2的計(jì)算結(jié)果發(fā)送至活塞桿位置智能算法43。
[0041 ] 所述S2.2具體包括W下步驟：
[0042] S2.2.1，所述位置反饋信號(hào)經(jīng)過濾波器21濾除輸入信號(hào)的干擾，然后將該信號(hào)發(fā) 送至第二比較器3的第二輸入端，濾妮器21慣忡巧節(jié)的傳遞函數(shù)如下：
[0043]
(1)
[0044] 式(1)中，T( j CO )為系統(tǒng)的頻率特性
>慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常美
[0045] S2.2.2,第二比較器3比較位置的反饋值和設(shè)定值，如果偏差較大，取消積分作用， 如果偏差較小，就引入積分環(huán)節(jié)，用積分分離算法的差分方程的表述如下：
[0046]
[0047] 式（2)中，U化)為控制的輸出量，error化)為反饋值與位移的設(shè)定值的偏差，kp為 比例系數(shù);ki為積分系數(shù);kd為微分系數(shù)，Ts是采樣周期，0為積分環(huán)節(jié)的開關(guān)系數(shù)，當(dāng)I error 化）I >e時(shí)，0 = 0;當(dāng) IerroHk) I《e時(shí)，0=1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例栗放大器算法，其特征在于包括以下步驟： S1，第一比較器（1)獲取采樣電流(6)檢測(cè)到比例電磁鐵(7)的實(shí)際電流和顫振提取算 法單元(22)處理后的反饋值，并對(duì)這二者進(jìn)行差值運(yùn)算，然后經(jīng)過顫振智能算法(23)運(yùn)算 處理； 52, 第二比較器(3)獲取并處理控制系統(tǒng)的輸入活塞桿位置的設(shè)定值和活塞桿位置采 樣濾波單元(42)處理后的反饋值，并對(duì)這二者進(jìn)行差值運(yùn)算，然后經(jīng)過活塞桿位置智能算 法(43)運(yùn)算處理； 53, 將S1和S2計(jì)算的結(jié)果發(fā)送給顫振疊加算法(5)，然后傳輸給比例電磁鐵(7)，驅(qū)動(dòng)液 壓缸(8)中活塞桿的運(yùn)動(dòng)，最后由安裝在液壓缸(8)活塞桿上的位移傳感器(9)感知活塞桿 位置的變化。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例栗放大器算法，其特征在于所述 S1具體包括以下步驟： S1.1，初始化比例電磁鐵(7)，位移傳感器(9)輸出的位置反饋信號(hào)經(jīng)過濾波器(21)和 顫振提取算法單元(22)的處理，發(fā)送至第一比較器（1)的第二輸入端;所述第一比較器（1) 判斷經(jīng)位移傳感器(9)、濾波器(21)和顫振提取算法單元(22)處理的反饋信號(hào)是否發(fā)送至 所述第一比較器（1)的第二輸入端；當(dāng)該第一比較器（1)確認(rèn)經(jīng)位移傳感器(9)、濾波器(21) 和顫振提取算法單元(22)處理的反饋信號(hào)發(fā)送至所述第一比較器（1)的第二輸入端時(shí)，第 一比較器(1)進(jìn)行下一步S1.2;否則所述第一比較器(1)繼續(xù)數(shù)據(jù)采樣； 51.2, 采用第一比較器（1)計(jì)算采樣電流(6)檢測(cè)到比例電磁鐵(7)的實(shí)際電流與顫振 反饋信號(hào)的差值，將計(jì)算結(jié)果發(fā)送至顫振智能算法(23)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例栗放大器算法，其特征在于所 述S2具體包括以下步驟： S2.1，用戶給定的活塞桿位置設(shè)定值，位移傳感器(9)輸出的位置反饋信號(hào)經(jīng)過活塞桿 位置采集模塊(41)的采集，再通過活塞桿位置采樣濾波單元(42)的處理，發(fā)送至所述第二 比較器(3)的第二輸入端;所述第二比較器(3)判斷經(jīng)位移傳感器(9)、活塞桿位置采集模塊 (41)和活塞桿位置采樣濾波單元(42)處理的反饋信號(hào)是否發(fā)送至所述第二比較器(3)的第 二輸入端；當(dāng)該第二比較器(3)確認(rèn)經(jīng)位移傳感器(9)、活塞桿位置采集模塊(41)和活塞桿 位置采樣濾波單元(42)處理的反饋信號(hào)發(fā)送至所述第二比較器(3)的第二輸入端時(shí)，該第 二比較器(3)進(jìn)行下一步S2.2;否則所述第二比較器(3)繼續(xù)數(shù)據(jù)采樣； 52.2, 采用第二比較器(3)計(jì)算用戶給定的活塞桿位置設(shè)定值與位置反饋信號(hào)的差值， 當(dāng)前者大于后者時(shí)，當(dāng)前的積分環(huán)節(jié)恢復(fù)正常的偏差累加；當(dāng)前者小于后者時(shí)，當(dāng)前的積分 環(huán)節(jié)只對(duì)負(fù)偏差進(jìn)行累加； S2.3，將所述步驟S2.2的計(jì)算結(jié)果發(fā)送至活塞桿位置智能算法(43)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的顫振信號(hào)雙閉環(huán)自適應(yīng)比例栗放大器算法，其特征在于所述 S2.2具體包括以下步驟： S2.2.1，所述位置反饋信號(hào)經(jīng)過濾波器21濾除輸入信號(hào)的干擾，然后將該信號(hào)發(fā)送至 第二比較器3的第二輸入端，濾波器21慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)如下： (1) 式(1)中，T(jc〇)為系統(tǒng)的頻率特性 貫性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)T = i;Μ S2.2.2,第二比較器(3)比較位置的反饋值和設(shè)定值，如果偏差較大，取消積分作用，如 果偏差較小，就引入積分環(huán)節(jié)，用積分分離算法的差分方程的表述如下：式中，u(k)為控制的輸出量，err〇r(k)為反饋值與位移的設(shè)定值的偏差，kP為比例系數(shù)； h為積分系數(shù);kd為微分系數(shù)，Ts是采樣周期，β為積分環(huán)節(jié)的開關(guān)系數(shù)，當(dāng)|err〇r(k)|>e 時(shí)，β = 〇;當(dāng) |erro;r(k) | 時(shí)，β=1〇
【文檔編號(hào)】G05B13/02GK105955018SQ201610407181
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】龔琦, 劉國平
【申請(qǐng)人】南昌大學(xué)