电液比例流量阀控制器自整定PID算法研究

摘要

电液比例控制技术具有控制精度高、传动平稳、容易实现无级调速和较为复杂的动作等优点,在现代工业控制、工程机械等领域有着较为广泛的应用。相对模拟式电液比例控制器,数字式控制器具有可调性强、灵活性高、便于远程控制等优点,因而具有高控制精度、高可靠性的数字式比例控制器是目前电液比例控制器的发展趋势之一。
　　 论文从实际控制需求出发,在制定标准输入输出接口的前提下,设计了硬件控制平台,并在该平台上完成了软件算法的设计。文章分析了比例流量阀在不同开度下阀芯的受力情况和比例流量阀的工作特性,并根据分析结果设计了具有针对性的功率放大电路;主控CPU采用32位高性能ARM7微处理器,扩展数据采集、传感器调理等电路模块;软件设计中,在μC/OSII嵌入式实时系统的基础上,采用多任务结构模式,完成控制器软件设计。
　　 数字式电液比例控制器设计中的核心难点在于闭环控制算法的设计,其根本目的在于提高阀芯位移控制精度。由于电液比例阀内部摩擦力、液动力的存在,给系统引入非线性因素,提高控制算法对非线性因素的适应能力是电液比例控制技术的另一难点。本文通过专用液压试验台对比例流量阀控制器进行测试,并确定了算法性能评价指标:阶跃响应指标、稳态误差指标和负载抖动适应性能指标。
　　 论文实现了增量式PID控制算法在控制器中的应用,通过实验证明,该算法能够应用于电液比例控制器,但是由于其负载工况下参数整定较为复杂,很难得到适应条件较广的PID参数,并且将会产生较大的超调。文章中设计了自整定PID控制算法,通过继电反馈方式整定出PID控制器的比例、积分和微分系数。实验证明,使用该方法整定出的PID参数,显著改善了比例控制器的控制性能。