针对全液压矫直机液压系统的PID控制参数设定方法技术方案

本发明专利技术涉及矫直机的控制领域，针对全液压矫直机液压系统的PID控制参数设定方法，建立全液压矫直机液压系统的PID控制模型，构造适应度函数F（x），对于适应度函数F（x），采用MOEAD

【技术实现步骤摘要】
针对全液压矫直机液压系统的PID控制参数设定方法


[0001]本专利技术涉及矫直机的控制领域，特别是涉及一种针对全液压矫直机液压系统的PID控制参数设定方法。

技术介绍

[0002]板材在加工过程中会出现挠曲、变形等现象，这对产品的质量、可靠性产生严重的影响，而矫直机能将变形的钢板从根本上进行矫正，从而得到平整度令人满意的产品，这就使得矫直机成为机械工程领域不可或缺的设备。在生产过程中当板材出现弯曲现象时，需要矫直机能够快速地做出反应，这就需要对矫直机PID参数进行优化。
[0003]在全液压矫直机的液压系统中，在满足PID控制的超调量、调节时间、调节误差等目标之外，还需要尽量减小主从缸之间的位移误差。而这种大时滞、非线性、强耦合系统的PID参数整定十分困难。因此，设计一种针对全液压矫直机液压系统的PID控制参数设定方法很有必要。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对的是全液压矫直机的液压系统，PID控制器是液压系统中常用的控制器。传统PID整定方法有Z
‑
N法、单目标优化方法、经典的多目标优化方法。Z
‑
N法存在着超调量多大，响应时间畅等问题。单目标优化算法通常对误差、超调量、上升时间、条件时间等指标进行加权来构造适应度评价函数，但是权重的大小设置需要很强的经验知识，不易获得。经典的多目标优化方法未考虑到实际工程问题中Pareto前沿的复杂性与问题模型的高维情况。本专利技术采用了MOEAD
‑
WDN算法对PID控制器的参数进行参数整定，达到提高控制精度、系统响应速度和改善控制系统性能的目的。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种针对全液压矫直机液压系统的PID控制参数设定方法，按如下步骤进行：
[0006]步骤一、建立全液压矫直机液压系统的PID控制模型，液压缸的传递函数G(s)满足下列公式
[0007][0008]式中：G(s)表示液压缸内阀芯到液压缸活塞之间的位移，s为积分的拉普拉斯变换，K
h
为伺服阀的增益，ω
h
为固有频率，ξ
h
为阻尼比；
[0009]步骤二、构造适应度函数F(x)
[0010]F(x)＝min[f1(x),f2(x),f3(x),f4(x)][0011][0012][0013][0014]式中：f1(x)为主、从缸之间的位移累计误差，f2(x)为主、从缸的调节时间和，f3(x)为主、从缸的超调量，f4(x)主、从缸的积分平方误差，x为包含6维分量的定义域的集合，(x)主、从缸的积分平方误差，x为包含6维分量的定义域的集合，分别为x的6维分量；
[0015]步骤三、对于适应度函数F(x)，采用MOEAD
‑
WDN算法对PID控制器的6个参数K
p1
,K
i1
,K
d1
,K
p2
,K
i2
,K
d2
在解空间内进行寻优，K
p1
为主PID控制器的比例增益，K
i1
为主PID控制器的比例增益，K
d1
为主PID控制器的比例增益，K
p2
为从PID控制器的比例增益，K
i2
为从PID控制器的比例增益，K
d2
为从PID控制器的比例增益；
[0016]步骤四、根据MOEAD
‑
WDN算法的寻优结果，在寻优结果中选择一个拐点，作为PID控制器的6个参数K
p1
,K
i1
,K
d1
,K
p2
,K
i2
,K
d2
对应的值。
[0017]步骤二中所述构造适应度函数F(x)，具体如下
[0018]同步误差：计算调节过程中主、从缸之间的位移累计误差；
[0019][0020]式中，T为时长，而m
t
和s
t
为对应时间标签t处的主缸和从缸位移值；
[0021]主、从缸的调节时间：当系统偏移量小于2％时，系统判定为稳定，计算此时的时间和；
[0022]f2(x)＝T
m
+T
s
[0023]式中，T
m
和T
s
分别为主、从缸的调节时间，对应主、从缸的计算方法如下：
[0024][0025][0026]式中，r
m
为主缸接收的外部参考值；
[0027]主、从缸的超调量：表示被控量偏离参考值的程度，主缸超调计算时只考虑位移大于参考值的情况，从缸超调计算时考虑与其参考值偏差的绝对值；
[0028]f3(x)＝max(m
t
‑
r
m
)+max(|s
t
‑
m
t
|)；
[0029]主、从缸的积分平方误差：
[0030]f4(x)=∫(|e
m
(t)|2)dt+∫(|e
s
(t)|2)dt
[0031]式中，e
m
(t)为主缸t时刻的位移值与外部参考值之间误差，e
s
(t)为从缸t时刻的位移值与参考值之间误差。
[0032]所述MOEAD
‑
WDN算法如下
[0033]步骤301、初始化：建立MOEAD
‑
WDN算法，设种群规模为N，种群中任意个体由六维向量构成，种群中任意个体的六个向量分别与主PID控制器的比例增益K
p1
,主PID控制器的积分增益K
i1
，主PID控制器的微分增益K
d1
，从PID控制器的比例增益K
p2
，从PID控制器的积分增益K
i2
，在适应度函数的解空间内随机初始化种群；
[0034]步骤302、适应度值计算：将初始化的种群代入适应度函数F(x)中计算相对的适应度值；
[0035]步骤303、生成子代：依概率p在邻域内或在全部个体中随机选取亲本，随机生成0
到1范围内的随机数r，若随机数r小于等于概率p,则在邻域权重向量对应的个体T
i
内随机选取亲本；若随机数r大于概率p，则在全体种群个体Population中随机选取亲本，算法中p取0.8，m
i
为产生子代的亲本的集合，{T
i
}为邻域权重向量对应的个体T
i
的集合，{Population}为全体种群个体的集合，
[0036][0037]确定亲本范围后，随机生成0到1范围内的随机数rand，若随机数rand小于概率p，则使用GA算子产生子代；若随机数rand大于概率p则使用DE算子产生子代，q取0.5,将子代个体代入适应度函数F(x)中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对全液压矫直机液压系统的PID控制参数设定方法，其特征在于，按如下步骤进行：步骤一、建立全液压矫直机液压系统的PID控制模型，液压缸的传递函数G(s)满足下列公式式中：G(s)表示液压缸内阀芯到液压缸活塞之间的位移，s为积分的拉普拉斯变换，K
h
为伺服阀的增益，ω
h
为固有频率，ξ
h
为阻尼比；步骤二、构造适应度函数F(x)F(x)＝min[f1(x),f2(x),f3(x),f4(x)](x)](x)]式中：f1(x)为主、从缸之间的位移累计误差，f2(x)为主、从缸的调节时间和，f3(x)为主、从缸的超调量，f4(x)主、从缸的积分平方误差，x为包含6维分量的定义域的集合，分别为x的6维分量；步骤三、对于适应度函数F(x)，采用MOEAD
‑
WDN算法对PID控制器的6个参数K
p1
,K
i1
,K
d1
,K
p2
,K
i2
,K
d2
在解空间内进行寻优，K
p1
为主PID控制器的比例增益，K
i1
为主PID控制器的比例增益，K
d1
为主PID控制器的比例增益，K
p2
为从PID控制器的比例增益，K
i2
为从PID控制器的比例增益，K
d2
为从PID控制器的比例增益；步骤四、根据MOEAD
‑
WDN算法的寻优结果，在寻优结果中选择一个拐点，作为PID控制器的6个参数K
p1
,K
i1
,K
d1
,K
p2
,K
i2
,K
d2
对应的值。2.根据权利要求1所述的一种针对全液压矫直机液压系统的PID控制参数设定方法，其特征在于：步骤二中所述构造适应度函数F(x)，具体如下同步误差：计算调节过程中主、从缸之间的位移累计误差；式中，T为时长，而m
t
和s
t
为对应时间标签t处的主缸和从缸位移值；主、从缸的调节时间：当系统偏移量小于2％时，系统判定为稳定，计算此时的时间和；f2(x)＝T
m
+T
S
式中，T
m
和T
s
分别为主、从缸的调节时间，对应主、从缸的计算方法如下：分别为主、从缸的调节时间，对应主、从缸的计算方法如下：
式中，r
m
为主缸接收的外部参考值；主、从缸的超调量：表示被控量偏离参考值的程度，主缸超调计算时只考虑位移大于参考值的情况，从缸超调计算时考虑与其参考值偏差的绝对值；f3(x)＝max(m
t
‑
r
m
)+max(|s
t
‑
m
t
|)；主、从缸的积分平方误差：f4(x)＝∫(|e
m
(t)|2)dt+∫(|e
s
(t)|2)dt式中，e
m
(t)为主缸t时刻的位移值与外部参考值之间误差，e
s
(t)为从缸t时刻的位移值与参考值之间误差。3.根据权利要求1所述的一种针对全液压矫直机液压系统的PID控制参数设定方法，其特征在于：所述MOEAD
‑
WDN算法如下步骤301、初始化：建立MOEAD
‑
WDN算法，设种群规模为N，种群中任意个体由六维向量构成，种群中任意个体的六个向量分别与主PID控制器的比例增益K
p1
,主PID控制器的积分增益K...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡鹰，刘雄艳，吕畅，王建丽，王效岗，胡鹏，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：