电液线位移伺服系统中伺服控制器控制参数的确定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电液线位移伺服系统中伺服控制器控制参数的确定方法，该方法所基于的伺服系统由线位移指令信号发生器、伺服控制器、伺服对象、线位移检测传感器组成；其中伺服控制器由比较器、智能积分器、积分系数乘法器、减法器和反馈系数乘法器组成。本发明专利技术的确定方法是采用阶跃响应法，根据两条直线的纵坐标之差值法将伺服对象的等效粘性阻尼系数和等效质量识别出来，由所选电液伺服阀的最大输出流量确定与其对应的最大输入电压，并由线位移的实际要求设定线位移指令信号的最大值，根据所述等效粘性阻尼系数、等效质量、最大输入电压以及线位移指令信号最大值，可以得到积分系数、反馈系数和微分系数的定量确定方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电液伺服系统，特别涉及一种阀控液压缸线位移伺服系统中伺服控制器的控制参数确定方法。
技术介绍
电液伺服系统中，电液线位移伺服在一些机械装备中是经常遇到的，如机械臂的伸缩，加工设备的进给运动，自动化生产线中工件的传送等。电液线位移伺服系统中，电液伺服的变量是机械负载运动的线位移。为了获得优良的线位移伺服性能，电液线位移伺服系统必须采用闭环控制。也就是说，机械装备中运动部件的线位移必须经检测传感器反馈到电液伺服系统输入端，与线位移指令信号进行比较产生误差信号，然后再由伺服控制器对误差信号进行控制运算后发出控制信号，对运动部件的线位移实施校正。对于误差的控制运算目前广泛使用的是乘以常数，对其积分，微分或几种运算的组合，即比例控制⑵，比例加积分控制(PI)，比例加积分加微分控制(PID)。前向控制回路中对误差每增加一种运算，事实上对线速度指令信号和反馈信号同时增加了控制运算。对线速度指令信号的每一种运算就相当于在电液伺服系统的微分方程的右边增加一个强迫项，使控制系统出现多个强迫项。这样，电液伺服系统输出就不能精确复现线速度指令信号。因此，一般的PID反馈控制方法线速度动态跟踪精度差，对阶跃输入的指令信号其输出存在超调和振荡现象。随着各种机械设备的运行精度、响应速度以及自动化程度的提高，对电液线位移伺服性能提出了越来越高的要求。当今广泛使用的PID反馈控制方法已不能满足要求，采用新的电液伺服系统和伺服控制方法是进一步提高电液伺服性能所要解决的问题之一。目前，电液线位移伺服系统公知的现有技术中的伺服控制器，其控制参数并不是根据伺服对象的参数进行确定，而是直接采用试凑法或经验法确定伺服控制器的控制参数。这就造成伺服控制器的控制参数确定比较盲目，电液线位移伺服系统的调试费时费力， 线位移伺服性能难以满足工程要求。因此，电液线位移伺服系统设计和调试时，如何根据伺服对象的特性参数确定合适的控制参数，则是现有技术中有待解决的另一个问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为进一步提高电液伺服系统的性能，克服上述现有技术中存在的问题和缺陷，提供一种新颖的。本专利技术所基于的电液线位移伺服系统由线位移指令信号发生器、伺服控制器、功率放大器、伺服对象、线位移检测传感器和液压源组成；所述伺服控制器由比较器、智能积分器、积分系数Ki乘法器、第一减法器、第二减法器、反馈系数Kf乘法器、微分系数Kd乘法器和微分器组成，比较器、智能积分器、积分系数Ki乘法器、第一减法器和第二减法器按顺序连接，比较器还分别与线位移指令信号发生器和线位移检测传感器连接，第一减法器通过反馈系数Kf乘法器与线位移检测传感器连接，第二减法器通过微分系数Kd乘法器以及微分器与线位移检测传感器连接；所述伺服对象包含电液伺服阀、液压缸和机械负载，所述电液伺服阀、液压缸和机械负载按顺序连接，电液伺服阀还与功率放大器连接，机械负载还与线位移检测传感器连接，电液伺服阀和液压缸还分别与液压源连接。由于上述伺服控制器与众不同的结构形式，在前向回路中对误差信号实施智能积分运算和乘法运算，在反馈回路中不仅实现了线位移反馈，而且在不需要线速度检测传感器和线加速度检测传感器的情况下实现了线速度和线加速度的反馈。也就是说，不仅实现了伺服变量线位移信号的反馈，而且还实现了伺服变量其它两个状态信息的反馈。电液线位移伺服系统的性能不仅与伺服控制器的结构形式密切相关，而且还受到伺服控制器中积分系数Ki、反馈系数Kf和微分系数Kd这三个控制参数大小的影响。只有准确地确定这三个控制参数的大小，才能获得优良的线位移伺服控制性能。要准确地确定这三个控制参数的大小，首先要对伺服对象的参数进行定量识别。“知己知彼，方能百战百胜”，只有在伺服对象参数定量识别的基础上，才能准确确定伺服控制器的控制参数。为了达到上述的专利技术目的，本专利技术实现目的所采用的技术方案是一种，包括以下步骤(1)构建电液线位移伺服系统中伺服对象的参数识别装置，该装置包括阶跃电压信号发生器、伺服对象、线位移检测传感器、记录仪器以及液压源，其中所述伺服对象还包括电液伺服阀、液压缸和机械负载，所述阶跃电压信号发生器、电液伺服阀、液压缸、机械负载、线位移检测传感器和记录仪器按顺序连接；所述阶跃电压信号发生器还与所述记录仪器连接；所述液压源分别与所述电液伺服阀和所述液压缸连接；(2)将幅值为某一定值的阶跃电压信号输入到电液伺服阀，通过液压源驱动液压缸以及所带机械负载进行线性运动，由线位移检测传感器检测其运动的线位移信号；(3)用记录仪器将所述的阶跃电压信号和线位移信号随时间变化过程记录下来， 直至线位移信号进入直线上升阶段；(4)沿线位移信号的直线上升阶段作第一条直线；(5)测量所述第一条直线的斜率；(6)将所述阶跃电压信号幅值除以所述第一条直线的斜率，得到电液线位移伺服系统中伺服对象的等效粘性阻尼系数；(7)采用第一条直线相同的斜率，过坐标原点作第二条直线；(8)在横坐标上的同一时间读出这两条直线的纵坐标之差值；(9)将所述差值乘以等效粘性阻尼系数的平方，所得乘积再除以阶跃电流信号幅值，得到电液线位移伺服系统中伺服对象等效质量；(10)根据所选电液伺服阀的最大输出流量确定与其对应的最大输入电压；(11)根据线位移的实际要求和线位移检测传感器的允许范围，设定线位移指令信号的最大值；(12)将电液伺服阀最大输入电压除以线位移指令信号的最大值，所得之商乘以所得之商的平方根，所得之积乘以等效质量倒数的平方根然后再乘以二倍，得到伺服控制器的积分系数Ki;(13)将电液伺服阀最大输入电压除以线位移指令信号的最大值，所得之商乘以三倍，得到伺服控制器中的反馈系数Kf ；(14)将电液伺服阀最大输入电压乘以等效质量再除以线位移指令信号的最大值， 所得之商的平方根再乘以一倍半，再减去等效粘性阻尼系数，得到伺服控制器中的微分系数Kd。其中，步骤⑵所述的幅值为电液伺服阀的额定值。本专利技术与现有技术相比所具有的优点和有益效果是(1)本专利技术所述电液伺服控制器在前向回路中对误差信号实施智能积分运算以及与积分系数的乘法运算。在反馈回路中不仅实现了伺服变量线位移的反馈，而且实现了伺服变量线位移的变化率——线速度以及线速度的变化率——线加速度的反馈。因此，本专利技术的电液伺服系统不仅具有伺服变量本身状态信息的反馈，而且具有伺服变量其它两个状态信息的反馈，总共实现了伺服变量三种状态信息的反馈。而一般电液线位移伺服系统仅能实现伺服变量的一种状态信息反馈。(2)该电液线位移伺服系统中采用线位移检测传感器实现线位移信号的反馈，但是，并没有采用任何线速度检测传感器和线加速度检测传感器，却实现了线速度和线加速度信号的反馈。也就是说，只采用了一种检测传感器实现了伺服变量三种状态信息的反馈， 在工程实施中不仅方便易行，而且节省成本。(3)伺服控制器的控制参数调整是建立在对伺服对象参数定量识别的基础上，使电液线位移伺服系统的控制参数设计有的放矢，减少伺服系统调整的盲目性，提高工作效率。(4)由于该伺服控制器与众不同的结构形式以及控制参数针对性的调整，提高了电液线位移伺服系统的静态和动态性能。静态精度可以达到无静差，动态时对于线位移指令信号的阶跃瞬时突变，其响应时间缩短且无超调和振荡，动态跟踪精度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾文火，朱鹏程，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：