多通道电液伺服协调加载系统PID算法的研究

多通道电液伺服协调加载系统PID算法的研究

郑攀

（中国船舶重工集团公司第七一〇研究所湖北宜昌443000）

摘要：电液伺服协调加载系统是一种功率较大、动力传递性较好、可靠性较高的系统。多通道电液伺服协调加载系统能够在许多种不同的市级工业条件下进行试验，它可以用于多通道多点的拉伸疲劳在试验和工业实际状态的研究。当下的试验方法也已经从原来的方式转换为相对整体、动态、连续、实时的试验方法。本文对多通道电液伺服协调加载系统进行了介绍，研究PID算法，并且在实际运用过程中效果良好。

关键词：电液伺服；PID；研究

电液伺服协调加载系统是一种功率大、动力传递性好、可靠性较高的系统。现在已经运用在工程结构、建筑、材料、航空航天、铁道车辆、汽车等许多领域。多通道电液伺服协调加载系统能够在许多种不同的市级工业条件下进行试验，它可以用于多通道多点的拉伸疲劳试验和工业实际状态的研究。这种系统通常运用在工程结构的试验领域，由于现在高层建筑、跨海桥梁和核反应堆压力容器越来越多，所以当下研究重点已经放在结构应力反应以及地震对于这种结构和相关机器破坏的应对问题上。当下的试验方法也已经从原来的方式转换为相对整体、动态、连续、实时的试验方法。所以要求电液伺服系统要有能够适应相关状况的能力，比如：高频、全数字、大位移等。本系统应运产生。

虽然控制理论的发展速度越来越快，但是PID仍然在工程运用中占据主导地位。一方面是因为它的结构简单，现场的工作人员容易理解，另一方面是因为它在许多场合中都能够满足要求。所以在各种工程试验中PID依然是主要控制电液力的方法之一。力控系统有很高的动态增益，不容易稳定，所以如果想让控制算法得到简化，让系统的通用性和性价比提高，有时候应该牺牲系统的响应速度来让控制精度得到提高。

一、系统结构

多通道电液伺服协调加载系统的系统结构是这样的：首先由监控管理计算机下发控制命令，和经过改进的PID算法共同运算，通过伺服放大器将相关数据放大来控制动作，作动器同时将信号反馈给加载控制器，完成反馈控制。

二、控制算法

1.以往传统的多通道电液伺服协调加载系统PID算法操作相比较其他算法来说，其具有比较简单、可靠、稳定、不用通过数学模型的特点，所以传统的多通道电液伺服协调加载系统PID算法在各方面领域中得到了广泛采用。有时候在实际试验运用过程中，使用增量式多通道电液伺服协调加载系统PID算法是因为增量式算法仅仅需要保持先时之前三个时刻的误差就可以，误差也不会随着试验的进行积累。

2.改进后的多通道电液伺服协调加载系统PID算法。经过实际运用，我们发现这种算法有缺陷。如果系统的初始偏差量比较小，效果就不是很理想，分析原因发现，由于系统初始时有比较大的迟滞阻力，其中最主要的时液压缸的迟滞阻力，而初始偏差小的时候就会让系统的输出量变小，让系统的控制力度减弱，所以应该使用变结构的多通道电液伺服协调加载系统PID进行控制。

力控系统有很高的动态增益，不容易稳定，所以如果想让控制算法得到简化，让系统的通用性和性价比提高，有时候应该牺牲系统的响应速度来让控制精度得到提高。进行实验后发现，如果在试验过程中加入微积分控制，会导致系统出现不稳定现象，但是去掉微积分控制后再次进行试验会发现比例和积分控制能够达到要求。以伺服阀控制为基础，可以发现当采用10位D/A板-5V到+5V控制室，输出值为0时，伺服阀值并不会开启，伺服阀值处于关闭状态，作动器也不会运行，保持压力和位移不变，所以控制输出的基准应该是0V，以上述结论为基础，加入控制偏差量，当其达到要求时，只需要输出0V就可以让输出得到保持，获得没有稳态误差效果，所以PID控制器并不是必须要积分来控制规律。为了系统响应速度提升，使用在不同系统不同误差采用不同控制参数，从而得到变结构的目的。如果系统的反馈值和设定值的系统误差过大，就应该修改加大P参数的值，能够加大控制输出量，加快作动器响应速度，如果偏差值比较小，就应该让参数P减小，能够减小控制器作用，减缓作动器响应速度，用比较缓慢的速度接近设定值，防止超调过大，当误差为0，输出基准值0V，保持输出在设定值上。此外，作动器如果初始静止且系统误差较小，用前面所说的方法得到的控制量也比较小，这时候加入伺服阀的迟滞作用，容易让作动器停止运动，想要克服这种情况就应该用踏步等待法让参数得到修正。当几个周期反馈量采样的变化较小时，应该按照一定的比例使P值增加，让输出量增加，等待几个周期后对反馈值进行检查，如果没有变化就继续对P值进行增加，如果P值已经达到了允许最大值作动器仍绕没有运行，就应该继续等待几个周期，等待结束后按错误按钮，并且上报监控机。如果作动器开始运行进行动作，就应该立刻使P值减少，在客服迟滞效应的同时避免超调过大。

针对多个通道同时加载的状况来看，因为这些加载通道之间存在加强耦合现象，所以，让各通道耦合产生的系统震荡得到解决应该使用这种方法：让控制量变化梯度和采样控制时间减小，按比例同时加载多通道。这种策略使用上位机随时对各通道的受力情况进行解算，同时与伺服控制器进行协调来实现目的，在一定的调整后，各通道之间的耦合情况明显得到了减弱，能够迅速让各通道达到设定值，并且达到稳定状态。

总结

电液伺服协调加载系统是一种功率大、动力传递性好、可靠性较高的系统。以往的多通道电液伺服协调加载系统PID算法操作比较简单、可靠、不用通过数学模型，所以传统的多通道电液伺服协调加载系统PID算法得到了广泛采用。有时候在实际运用过程中，使用增量式多通道电液伺服协调加载系统PID算法是因为增量式算法仅仅需要保持先时之前三个时刻的误差就可以，误差也不会积累。改进后的多通道电液伺服协调加载系统PID算法。经过实际运用，我们发现这种算法有缺陷。这篇文章对电液伺服系统进行分析，结合电液伺服系统的特点，对多通道电液伺服协调加载系统PID控制算法进行改进，这种改进后的算法有结构简单、容易实现、运算量比较小、实际运用意义比较大的优点，并且已经在实践中得到运用，在生产中得到了使用，效果十分良好。

参考文献：

[1]朱广文.电液伺服多通道协调加载试验系统的通讯技术研究[J].济南大学.2016.（11）

[2]张黎.多通道电液伺服加载系统控制算法研究[J].航天制造技术.2007.（23）.

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