汽車變截面板簧軋機計算機控制系統(tǒng)的研究

2.3 多變量處理
　　在軋制過程中除了對拉拔、壓下機構(gòu)進行位置伺服控制外，還要保證液壓系統(tǒng)的流量及液壓馬達的輸出扭矩保持恒定。軋機的控制系統(tǒng)為一多變量控制系統(tǒng)。
　　液壓系統(tǒng)采用的伺服閥內(nèi)部具有閥芯位置的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)，可看作一比例環(huán)節(jié)。為了簡化控制器結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計要求，拉拔機構(gòu)、液壓系統(tǒng)的流量、液壓馬達的輸出扭矩分別采用開環(huán)控制，系統(tǒng)近似為單變量系統(tǒng)。由于產(chǎn)品的截面變形曲線的斜率較小，即壓下裝置的運動速度遠小于拉拔機構(gòu)的運動速度。所以即使拉拔方向采取開環(huán)控制，也可獲得期望的控制效果。
2.4控制算法
　　采用智能控制算法對電液伺服系統(tǒng)已有成功的報道[1] ，對軋機這類具有雙坐標的電液伺服系統(tǒng)，也選擇了多模態(tài)仿人智能控制算法。軋機的液壓伺服系統(tǒng)具有大流量、高壓力且拉拔方向運動的最高速度為30m/min，控制對象有一定的非線性、時變性。在設(shè)計有效的控制算法時，首先應(yīng)考慮控制系統(tǒng)的實時性，這要求控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不應(yīng)該很復(fù)雜的，其決策和推理應(yīng)是快速的。
　　多模態(tài)控制就是在控制過程中根據(jù)系統(tǒng)不同的特征狀態(tài)，控制器采用不同的控制策略和控制模式的一種控制算法。特征狀態(tài)是指一些反映系統(tǒng)特性、特征變化以及所處狀態(tài)的特征量的集合，用Gi表示。所有的特征狀態(tài)構(gòu)成一個特征狀態(tài)集，用G表示。則有
　　G＝＜G1, G2,…,Gm＞
　　其中 Gi＝(Gi1,Gi2,…,Gih) (i＝1,2,…,m)
　　控制模式用Ai表示，所有的控制模式構(gòu)成了多模態(tài)控制器的控制模式集，用A表示。
　　A＝＜A1,A2, …,Am＞
　　其中 Ai＝U＝f(Gij) (i＝1,2,…,m;j＝1,2,…,h)
　　控制的實現(xiàn)就是由G到A推理過程的實現(xiàn)。可由產(chǎn)生式規(guī)則IF G THEN A來表達。

為了獲得良好的實時性，同時也考慮控制精度的要求，應(yīng)盡可能選擇較少的特征狀態(tài)?？紤]控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，選取誤差及其一階導(dǎo)數(shù)為基本特征量，經(jīng)過這樣的處理及大量的人－機在線學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出下列三種基本的特征狀態(tài)和相應(yīng)的控制模式。
　　其中U(n)為控制量的第n次輸出值；U0為控制量在誤差過零時的保持值；b1,b2為常數(shù)；Kp和K分別為比例增益及抑制系數(shù)；Kd,Ki,Td,Ti分別為微分和積分抑制系數(shù)及時間常數(shù)；T為采樣間隔；Em(1)為第一次誤差峰值；EI為G2狀態(tài)下的區(qū)間積分值。
　　文獻[3]給出了控制對象的模型及仿人智能控制算法的仿真實驗結(jié)果及與PID算法控制效果比較，從實驗結(jié)果分析采用智能控制算法解決液壓伺服系統(tǒng)的實時控制問題，能取得比PID控制算法更好的控制效果；控制器的設(shè)計不依賴對象的數(shù)學(xué)模型，對液壓系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感，魯棒性強；算法簡單，控制系統(tǒng)實時性好。
3 軟件設(shè)計
　　控制軟件在DOS操作系統(tǒng)下運行，采用C++語言模塊化設(shè)計，分系統(tǒng)設(shè)置、自動軋制、手動操作、零點調(diào)試、工藝文件編輯修改、文件操作、顯示、統(tǒng)計、打印等模塊。中文圖形界面，操作簡便，只須輸入軋制路徑即可生成工藝文件。軋機狀態(tài)及軋機運動曲線實時圖形顯示，通過修改系統(tǒng)中斷8實現(xiàn)對采樣、控制、顯示的多任務(wù)處理。
　　總之，對電液伺服系統(tǒng)的控制采用多模態(tài)智能控制算法可以取得較好的控制效果，具有控制策略靈活、算法簡單等優(yōu)點，不僅伺服跟蹤能力強，而且對系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感，魯棒性強，控制效果好。軋機已于1997年12月試制成功，投入正式生產(chǎn)。軋機的軋制速度、精度、運行可靠性等均達到設(shè)計要求。