基于遗传算法的电液伺服加载系统控制器优化.pdf

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1、第４期（总第１９７期）机械工程与自动化Ｎｏ．４２０１６年８月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＡｕｇ．文章编号：１６７２-６４１３（２０１６）０４-００８３-０３基于遗传算法的电液伺服加载系统控制器优化１１２２张浩宇，赵东标，朱莹，肖息（１．南京航空航天大学机电学院，江苏南京２１００１６；２．南京机电液压工程研究中心航空机电系统综合航空科技重点实验室，江苏南京２１１１００）摘要：电液伺服加载系统是以阀控液压缸作为执行机构的力伺服系统，其控制器参数的选取直接影响电液伺服加载系统的性

2、能。建立了电液伺服加载系统ＡＭＥＳｉｍ仿真模型，对系统阶跃响应进行研究，分析了控制器参数对系统动态特性的影响。构造了优化电液伺服加载系统控制器参数的目标函数，运用遗传算法对系统控制器参数进行优化设计。仿真结果表明：利用经遗传算法优化后的控制器参数，大大提高了电液伺服加载系统的响应速度和控制精度。关键词：电液伺服；遗传算法；ＰＩＤ控制；ＡＭＥＳｉｍ；优化中图分类号：ＴＰ３９１.７∶Ｖ２７文献标识码：Ａ0引言２所示。电液伺服加载系统为力闭环控制系统，由拉电液伺服加载系统是飞行器在设计开发阶段进行压力传感器采集加载

3、液压缸输出的拉压力信号，与指地面试验的主要设备之一，用于模拟飞行器飞行过程令力信号进行比较，形成的误差信号经过ＰＩＤ控制器［１-２］中所受到的各种载荷。电液伺服加载系统是一种处理后输入伺服阀，驱动伺服阀阀芯运动，增大或减小以阀控液压缸作为执行机构且具有力反馈的加载系伺服输出压力和加载缸的输出力，使得拉压力传感器统。为了使电液伺服加载系统获得较好的稳态和动态与控制信号的误差减小，最终使得液压缸输出力等于性能，对其控制器参数进行优化设计是一个重要途径。指令力。由于ＰＩＤ控制器简单实用，可靠性好，易于在工程实际中使

4、用，所以本文研究的电液伺服加载系统采用ＰＩＤ控制器。ＰＩＤ控制器由比例环节、积分环节和微分环节组成，以往控制器参数的选取一般依赖经验规图１电液伺服加载系统框图则和试凑，需要耗费较长的时间而且难以得到良好的本文所研究的电液伺服加载系统最大轴向加载力控制性能。随着智能控制理论的发展，遗传算法为３００ｋＮ，选用单出杆液压缸，液压缸内径为（ＧｅｎｅｔｉｃＡｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＧＡ）等智能控制理论在液压伺服１８０ｍｍ，活塞杆直径为１２５ｍｍ。Φ系统中的应用越来越广泛。使用遗传算法对电液伺服建立电液伺服加载系统的ＡＭＥＳｉ

5、ｍ仿真模型后加载系统控制器参数进行优化，可以快速获得目标函进行参数设置，表１为本文研究的电液伺服加载系统数下最优值。［６］的主要参数，其他参数使用默认配置。由于电液伺服加载系统存在死区、摩擦、泄漏等非线性因素，这些非线性因素使得系统很难建立起精确［３］的数学模型，本文利用ＡＭＥＳｉｍ对电液伺服加载系［４］统进行建模和优化。1电液伺服加载系统AMESim建模电液伺服加载系统由液压泵、液压缸、伺服阀、伺服控制器、溢流阀、拉压力传感器、蓄能器、过滤器、冷［５］却器等组成，其组成框图如图１所示。建立电液伺服加载系统Ａ

6、ＭＥＳｉｍ仿真模型，如图图２电液伺服加载系统ＡＭＥＳｉｍ仿真模型收稿日期：２０１５-１１-０４；修订日期：２０１６-０５-１９作者简介：张浩宇（１９９０-），男，江西九江人，在读硕士研究生，主要研究方向为机电控制与自动化。・８４・机械工程与自动化２０１６年第４期2电液伺服加载系统AMESim仿真分析积分环节，有杆腔的稳态压力有所增加，无杆腔压力基建立电液伺服加载系统ＡＭＥＳｉｍ仿真模型并进本不变，减小了液压缸输出力的稳态误差；当Kp＝３０，行参数设置后进行仿真，观察ＰＩＤ控制器参数对系统Ki＝０，Kd＝０时，

7、液压缸两腔压力变化如图６所示，阶跃响应的影响。设定ＡＭＥＳｉｍ仿真时间为１ｓ，仿０ｓ～０．１ｓ内两腔压力快速上升，无杆腔出现０．５ＭＰａ真步长为０．００１ｓ。选择以下３组ＰＩＤ控制器参数：超调后稳定在１３．３ＭＰａ，有杆腔压力稳定在２．６ＭＰａ，Kp＝１０，Ki＝０，Kd＝０；Kp＝１０，Ki＝０．２，Kd＝０；由于比例系数较大，无杆腔压力出现超调，压力稳定性Kp＝３０，Ki＝０，Kd＝０。下降，稳态时有杆腔压力出现０．２ＭＰａ的波动，引起表１电液伺服加载系统参数液压缸输出力的波动。液压缸内径（ｍｍ）１８０Ф

8、液压缸活塞杆直径（ｍｍ）１２５Ф液压缸黏滞摩擦因数［（Ｎ・ｓ）／ｍ］０．０００１负载等效质量（ｋｇ）３００液压缸泄漏系数［（Ｌ・ｍｉｎ－１）／ＭＰａ］０．０００１液压缸安装角度（°）０无杆腔死区容积（ｃｍ３）１０００有杆腔死区容积（ｃｍ３）７００伺服阀额定电流（ｍＡ）１５０伺服阀额定流量（Ｌ／ｍｉｎ）１００额定流量下压降（ＭＰａ）３伺服阀固有频率（Ｈｚ）５０伺服阀阻尼比２图３不同ＰＩＤ控制器参数下系