劉芳璇　李益民　崔晶

摘 要：為研究多通道參數(shù)不同的液壓系統(tǒng)在工況中的同步性能，以液壓控制機構(gòu)原理為基礎(chǔ)，提出了在偏差-環(huán)形耦合控制方式下采用貓群算法對控制參數(shù)進行優(yōu)化的同步控制方案。相比偏差耦合同步控制策略，采用偏差-環(huán)形耦合優(yōu)化后的系統(tǒng)應(yīng)用于同步控制時，具有良好的抗干擾性和同步控制精度，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入信號的跟蹤控制。

關(guān)鍵詞：同步控制；貓群算法；偏差耦合；偏差-環(huán)形耦合

0 引言

在多通道液壓控制系統(tǒng)中，采用算法優(yōu)化控制參數(shù)可有效提升液壓系統(tǒng)運行時的動態(tài)響應(yīng)指標及抗擾性能，結(jié)合一定的控制策略，可以實現(xiàn)多通道液壓系統(tǒng)的同步控制。對于優(yōu)化算法，可選用文獻[1]中優(yōu)化火箭炮泵控缸位置伺服系統(tǒng)參數(shù)時所采用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，文獻[2]中應(yīng)用于優(yōu)化煤礦井下工作面所采用的自適應(yīng)遺傳算法，而文獻[3]中將粒子群算法應(yīng)用于多弧離子鍍膜溫度控制中，文獻[4]則采用蟻群算法對PID參數(shù)進行二次優(yōu)化，文獻[5]則采用一種比較新穎的貓群算法進行圖像分類的研究。實際上，該算法也可應(yīng)用于控制參數(shù)的整定，本文將會對此方面的應(yīng)用展開研究。

復(fù)雜系統(tǒng)控制對象內(nèi)部常包含非線性，變負載及時變性，單一的控制策略只能應(yīng)對其中某種特性，而若需要對系統(tǒng)中每個特性都能加以控制，則需要同時應(yīng)用多種控制策略。因此，本文融合了偏差耦合及環(huán)形耦合控制策略，在此基礎(chǔ)上研究了多通道不同參數(shù)的伺服閥-液壓馬達位置控制系統(tǒng)的同步性能，對每個伺服閥、液壓馬達的控制參數(shù)采用貓群算法進行優(yōu)化，并與采用偏差耦合控制策略的系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果進行比較。由仿真結(jié)果可知，采用偏差-環(huán)形耦合控制策略的液壓控制系統(tǒng)對單位階躍信號響應(yīng)快速，無超調(diào)，并具有良好的抗干擾性和同步控制精度。

1 多通道液壓控制系統(tǒng)

系統(tǒng)由指令裝置、伺服閥、液壓馬達、減速齒輪、滾珠絲杠等五部分構(gòu)成。工作機理如下：當指令裝置接收到經(jīng)由信號通道的外部控制信號，經(jīng)比例放大后驅(qū)動電液伺服閥，帶動液壓馬達閥芯做往復(fù)運動，通過控制液壓馬達進出口閥門的開閉而控制液壓馬達負載端的運動，通過帶動減速裝置及滾珠絲杠控制工作臺的進給。

貓群算法將控制參數(shù)的組合作為解空間的個體，根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)計算每一組參數(shù)的適應(yīng)度值，通過搜尋模式和跟蹤模式對貓群位置進行尋優(yōu)，迭代生成新個體，通過與舊個體進行比較確定符合性能指標的最優(yōu)個體，對應(yīng)可得控制參數(shù)的最優(yōu)解。采用自適應(yīng)貓群算法分別對每個通道的伺服閥、液壓馬達和位移反饋三個閉環(huán)環(huán)節(jié)的控制參數(shù)進行優(yōu)化。采用實數(shù)編碼，加入濾波小組，以降低初始局部收斂的概率；采用半掃描篩選方式篩選初始種群，防止比例系數(shù)加大引起超調(diào)量的增加；采用聯(lián)賽法進行選擇操作；構(gòu)造動態(tài)自適應(yīng)單點交叉概率與自適應(yīng)變異概率，并輔以精英策略和保優(yōu)運算。為獲取滿意的過渡過程動態(tài)特性，采用ITAE性能指標作為參數(shù)選擇的最小目標函數(shù)。

2 仿真分析

為驗證設(shè)計控制效果，針對工作臺電-液位置伺服系統(tǒng)進行了仿真研究。采用貓群算法對每個通道的相關(guān)PID控制參數(shù)進行優(yōu)化。三通道液壓控制系統(tǒng)在單位階躍信號作用下，分別選用偏差耦合、偏差-環(huán)形耦合同步控制策略，并在15秒時引入幅值為10000的負載擾動，取適當?shù)鸟詈舷禂?shù)，并設(shè)定誤差限△=0.02，得系統(tǒng)的跟蹤響應(yīng)曲線如圖1所示。

由圖1可知，當系統(tǒng)采用偏差耦合控制策略時，約在3.5秒時達到穩(wěn)態(tài)。加入擾動后，約在15.6秒時恢復(fù)穩(wěn)態(tài)；采用偏差-環(huán)形耦合控制策略時，上升時間、調(diào)整時間等動態(tài)指標雖無明顯變化，但跟蹤曲線間距更為均勻。加入擾動后，約在15.3秒時達到穩(wěn)態(tài)。相比之下，采用偏差-環(huán)形耦合控制策略的系統(tǒng)擾動恢復(fù)時間縮短了0.3秒，各通道之間的同步誤差近似相等；系統(tǒng)響應(yīng)無超調(diào)量，并能夠?qū)斎胄盘枌崿F(xiàn)無偏跟蹤，抗擾動性能較好。

參考文獻：

[1]高強， 金勇， 王力， 等. 泵控缸電液位置伺服系統(tǒng)建模研究[J]. 兵工學報， 2011.32（8）： 950-956.

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