基于遗传算法控制的电液伺服系统试验研究

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1、第31卷第6期振动、测试与诊断Vo1．31No．62011年12月Dec．2011JournalofVibration。Measurement&Diagnosis基于遗传算法控制的电液伺服系统试验研究’赵利平，郭继保。(太原理工大学机械工程学院太原，030024)(太原通泽重工有限公司太原，O3OO32)摘要以电液伺服系统在连轧管机中的应用为背景，设计建立了一套基于遗传算法控制的电液伺服系统试验模型。利用遗传算法通过对比例积分微分(PID)参数进行实数编码、选择合适的适应度函数及自适应的交叉概率和变异概率，对PID控制器参

2、数进行了优化，得到一组PID参数的最优值，并通过试验模型对实际工作状态进行了模拟和试验。关键词连轧管机电液伺服系统遗传算法自适应优化中图分类号TH137TG335引言1电液伺服系统试验模型简介电液伺服系统具有动态响应速度快、控制灵活、无缝钢管在实际轧制过程中，由于机架结构的功率密度大、耐用性高等优点，在工程机械、武器系弹性变形、轧件前后温度的变化，以及轧辊磨损和芯统、冶金设备等方面得到了广泛的应用。近年来，国棒纵向不均匀磨损等因素，使轧制出的钢管产生较内、外学者基于阀控制缸电液伺服系统进行了大量大的尺寸偏差，需要一个随动的

3、伺服系统来快速、准确地补偿这些偏差。控制策略方面的研究。在工业过程控制中，PID控制如图1所示，电液伺服系统试验模型主要由两是历史最悠久、生命力最强的控制方式[1]，这主要是部分组成：机械模块和操控模块。机械模块由试验因为这种控制方式具有直观、实现简单和鲁棒性能台、加载缸、伺服缸和平衡缸组成，伺服缸与平衡缸好等一系列优点；但是在实际生产现场，由于条件受到限制，参数的整定往往难以达到最优的状态。针对上述问题，已有多种自校正控制方法，但由于自适应控制是以被控对象为线性对象为前提，面对工业过程的非线性对象，仍存在不尽人意之处。遗

4、传算法是一种基于自然选择和基因遗传学原理的群体寻优搜索方法。它通过适应度函数来决定寻优方向，对控制对象的先验知识要求少，在不需要给出调节器初始参数的情况下，仍能寻找到合适的参数，使控制目标满足要求L2]。同时，对于适应度函数，它既不要求连续，也不要求可导，因此在实际控制中是一种较为理想的PID参数整定方法。本文针对电液伺服系统在连轧管机中的应用建立了一套基于遗传算法控制的电液伺服系统试验模型，通过试验对电液伺服系统的设计机理、静动态特性和控制算法进行了探索和研究。图1电液伺服系统试验模型原理图．收稿日期：2011一O5—2

5、8；修改稿收到日期：2011-08—15804振动、测试与诊断第3l卷采用缸中缸的结构模式，位移传感器及平衡缸固定和阀口3，4面积梯度比m=0．5，所以设计的伺服缸在支架上，整套机械系统利用试验台的接口模块被有杆腔与无杆腔的面积比一0．5时与非对称阀匹固定。控制模块主要由电液伺服阀、PLC、蓄能器、液配性最好。压站及检测元件组成。若伺服缸无杆腔面积设计为A=1．5668×10m，则有杆腔面积需满足A=hA一0．7834×2电液伺服系统试验模型静态特性及10m。才能与MOOGD662伺服阀完全匹配。控制策略分析2．1．2负载

6、特性分析要求伺服阀两腔内不出现气蚀和超压现象，则非对称阀控非对称缸所承受的负载变化应限制在一2．1静态特性分析定范围内。经推导=时，即完全匹配的非对称阀电液伺服系统试验模型的伺服缸为非对称缸，控非对称缸的有效负载范围为啪阀控非对称缸伺服系统主要分为对称阀控非对称缸一np。A1≤FL≤PA1伺服系统和非对称阀控非对称缸伺服系统。由于对电液伺服系统试验模型液压站供油压力为14称阀控非对称缸伺服系统存在换向压力突跳、气蚀MPa，伺服缸无杆腔面积为Al一1．5668×10qm。，和超压问题，为了从根本上改善液压系统压力特性，由此可

7、以得出伺服缸所加负载须满足笔者采用非对称阀控非对称缸伺服系统。一0．105×10N≤FL≤0．21×10N2．1．1压力特性分析即伺服缸能承受的最大拉力负载为0．105×10N；如图2所示，设伺服缸无杆腔与有杆腔在阀芯最大压力负载为0．21×10N。换向前后腔内压力为P(户)和P。(户。)；有杆腔与无2．2控制策略分析杆腔面积比为一A：／A；阀口1，2和阀口3，4面积梯度比为。由非对称阀控非对称缸的特性不难得非对称阀控非对称缸的数学模型可写成如下形出无杆腔与有杆腔换向前后的压差为式的空间状态方程[4]．．r／(一。)P。／

8、"Pl—P。1一户1=：：—X~--2l‘BpFL一一p一．2一一一m一一ml＼二。一~eCdWlz。)z一r。一z。ere其中：z。为伺服缸活塞位移；z为伺服缸活塞速度；z。为伺服缸负载压力；z为比例阀主阀芯位移；A为伺服缸无杆腔面积；为伺服缸和负载质量；F为外部负载扰动(包括活塞与缸之间的摩擦负载)