步进梁液压控制系统PID参数的整定与优化.pdf

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1、2015年第4期液压与气动113doi：10．11832／j．issn．1000-4858．2015．04．027步进梁液压控制系统PID参数的整定与优化杨勇(中冶南方工程技术有限公司热轧分公司，湖北武汉430223)摘要：针对某大型加热炉步进梁运动的要求，设计出液压系统。分别采用Ziegler·Nichols法和遗传算法对液压控制系统的PID参数进行整定，通过比较仿真结果，证实遗传算法的寻优功能。最后运用AMESim和MATLAB软件进行联合模拟仿真，得出液压缸的优化速度曲线。关键词：步进梁；液压系统；PID整定；遗传算法中图分类号：TH137文

2、献标志码：B文章编号：1000-4858(2015)04-0113-05PIDParameterSettingandOptimizationfortheWalkingBeamHydraulicControlSystemYANGYong(Hot—rolleddivision，WISDRIEngineering&ResearchIncorporationLimited，Wuhan，Hubei430223)Abstract：Accordingtorequirementsofthemovementoffurnacewalkingbeam，thehydrau

3、!icsystemisdesigned．ThePIDparamete~ofthehydrauliccontrolsystemaresetbytheZiegler—Nicholsmethodandthegeneticalgorithmrespectively．Theoptimizationfunctionofgeneticalgorithmisconfirmedaftersimulationresultsarecompared．Fi—naUy，MATLABandAMESimareusedforajointsimulation，andtheoptimi

4、zedspeedcurveofthehydrauliccylin—deriSobtained．Keywords：walkingbeam，hydraulicsystem，PIDSetting，geneticalgorithm引言步进式加热炉是热轧厂中使用最广、发展最快的一种连续式加热炉。步进梁运动负载大，一般采用液压驱动。步进梁运动要求周期短、运行平稳，同时还要保证位置精度，对液压控制系统的设计提出了较高的要求。以某热轧厂升降液压缸控制系统作为研究对象，1．横移掖压缸2．上动梁3．F动梁4．升降斜轨5．升降液压缸建立其闭环位置控制系统的动态数学模型。

5、针对位置和速度控制要求较高的特点，采用Ziegler—Nichols法和．图1步进加热炉传动机构示意图为了实现步进动梁平稳地启动、加速、减速、停止，遗传算法对升降液压缸控制系统的P／D参数进行整即在动梁上升或下降到与固定梁相平时，运动速度要定，通过比较得出最优的控制参数。较慢，以便轻抬或轻放钢坯，防止冲击；当上升到最高1步进梁的传动机构及液压原理图点时要减速，移动时运动要平稳，防止钢坯产生晃动。步进梁传动机构按矩形轨迹运动，一个运动周期由4个动作组成：上升、前进、下降、后退。大中型步进收稿13期：2014-08．15加热炉多采用斜块滑轮式，主要由上

6、动梁、下动梁、升作者简介：杨勇(1983一)，男，湖北洪湖人，工程师，主要从事降斜轨、液压驱动机构等组成。如图1所示。液压及润滑系统的设计与研究工作。2015年第4期液压与气动l15’0-6Ki==(2)式中，为系统开始振荡时的比例系数值；∞为振荡频率；P为临界振荡周期。在MATLAB中，通过调用命令docus()，得到如图5所示的根轨迹图，与轴相交点的增益值41．4就是值，此时的振荡频率∞值为110radZs，将及∞值代人式(2)得：K。=24．84，Ki：870．2，Kd=0．1773。图7z-egIer-Nicho~法PID整定后的阶跃晌应3

7、．2遗传算法的PID整定在PID控制器中，需要优化的参数为：比例系数K。、积分系数Ki和微分系数。根据Ziegler—Nichols法PID整定的参数值，可以大概设置三个参数的取值范围：∈[0，50]，Ki∈[0，10]，∈[0，1]。个体适应度评价，即根据优化目标设计出目标函数，映射为适应度函数后，然后按个体的适应度函数值(即适配值)来进行评价，适配值越大，适应度越好。对于PID参数取值的优劣，可由偏差积分指标衡量。常用的指标有如下几种：图5系统的根轨迹图r∞r∞．IE=Je(t)dtISE=Je(￡)dt为了得出校正后的阶跃响应，在Simuli

8、nk中建立JUJu系统PID校正闭环模型框图(如图6)，其阶跃响应如r∞r∞E=ffe(t)idt，E=ftIe(t)ld