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专利号: 2018110211191
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种双阀并联的电液伺服系统,其特征在于,包括柱塞泵、三相电机、三位四通伺服电磁阀和三位四通比例电磁阀,所述三相电机与柱塞泵连接,柱塞泵的进油口与油箱连接;

柱塞泵的出油口连接单向阀和回油滤油器;回油滤油器和溢流阀均设置在主回油管路上;

所述三位四通伺服电磁阀和三位四通比例电磁阀连接,三位四通伺服电磁阀的一端与回油滤油器,三位四通伺服电磁阀的另一端与液压缸连接,所述三位四通伺服电磁阀和三位四通比例电磁阀的信号端与控制电路模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种双阀并联的电液伺服系统,其特征在于,所述控制电路模块包括位移传感器、伺服阀电子放大器、比例阀电子放大器和运动控制卡,所述三位四通伺服电磁阀和三位四通比例电磁阀的信号端分别连接有伺服阀电子放大器和比例阀电子放大器;所述液压缸的活塞杆与位移传感器连接;所述位移传感器、伺服阀电子放大器和位移阀传感器的另一端均与控制卡连接。

3.根据权利要求1所述的一种双阀并联的电液伺服系统,其特征在于,所述三位四通伺服电磁阀和三位四通比例电磁阀均设置有A出油口、B出油口、P进油口和T回油口,所述三位四通伺服电磁阀的P进油口管路与三位四通比例电磁阀的P进油口管路连通,并和回油滤油器的出油口相连接;三位四通伺服电磁阀的A出油口管路与三位四通比例电磁阀的A出油口管路连通,通过高压软管和液压缸的无杆腔连接;三位四通伺服电磁阀的B出油口管路与三位四通比例电磁阀的B出油口管路连通,通过高压软管和液压缸的有杆腔连接;三位四通伺服电磁阀的T回油口管路与三位四通比例电磁阀的T回油口管路连通,并与主回油管路相连接。

4.根据权利要求1所述的一种双阀并联的电液伺服系统,其特征在于,所述主回油管路上插有压力表。

5.一种如权利要求1-4之一所述的双阀并联的电液伺服系统的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)通过参数定义模块对双阀并联的电液伺服系统内的参数进行定义;

(2)通过输入输出模块对双阀并联的电液伺服系统输入输出条件进行约束;

(3)通过初始化模块对步骤(2)中的输入输出模块中输出的数值进行初始化;

(4)通过实时控制模块对上述步骤(1-3)所定义的参数及约束条件,确定控制方法的优化策略,滚动地求解最优控制输入,并实施当前控制;同时通过检测实时信息,修正并计算下一时刻的优化输入,并在下一时刻将其作用于电液伺服系统的控制;实现模块的实时控制功能。

6.根据权利要求5所述的一种双阀并联的电液伺服系统的控制方法,其特征在于:所述步骤(1)中通过参数定义模块对双阀并联的电液伺服系统内的参数进行定义的具体步骤如下:(1.1)构建内环PID控制系统

分别设定控制阀的PIDj,j=1,…,m的参数的KP、Ki、Kd;设置控制阀的跟踪的信号幅值选择wj,j=1,…,m;

(1.2)单位阶跃采样

确定输入数量为m,输出数量为p;设定采样周期t,建模时域N,对步骤(1.1)中控制的单阀PIDj系统分别做阶跃响应采样分析,获取输出uj对应的输出采样值aij;

其中:aij=[aij(1) … aij(N)]T,i=1,…,p;j=1,…,m;

(1.3)构建矩阵A与

取优化时域P,控制时域M,并分别构建出动态矩阵A与阶跃响应系数矩阵其中: aij为步骤(1.2)中采样获得的模型向量;

(1.4)确定优化矩阵R、Q和运算矩阵H、C、S0设定复合控制算法中控制权矩阵R=block-diag(R1,…,Rm)其中:Rj=diag[rj(1),...,rj(M)],j=1,…,m对应不同的控制输入,Rj中的元素则对应对uj在不同时刻增量的抑制;

设定误差权矩阵参数调整为Q=block-diag(Q1,…,Qp)其中:Qi=diag[qi(1),...,qi(p)],i=1,…,p对应不同的输出,Qi中的元素则对应于yi在不同时刻的跟踪误差;

设定误差校正矩阵

其中:令所有hij(i≠j)为零; 为误差校正向量设定QP求解系数矩阵

其中:B=block-diag(B0,…,B0)(m块), A的取值见步骤(1.3)设定移位矩阵S0=block-diag(S,…,S)(p块)其中: 为由矩阵分块构成的对角矩阵。

7.根据权利要求6所述的一种双阀并联的电液伺服系统的控制方法,其特征在于:所述步骤(2)中通过输入输出模块对双阀并联的电液伺服系统输入输出条件进行约束的具体步骤如下:(2.1)设定执行器输出对应的期望值

其中: 中各分量表示控制输入uj各自在未来M个时刻的变化,使输出yi在未来P个时刻紧密跟踪相应的期望值;

(2.2)设定系统的输出约束为yi,min、yi,max,i=1,…,p,输入的约束为uj,min、uj,max,j=

1,…,m。

8.根据权利要求7所述的一种双阀并联的电液伺服系统的控制方法,其特征在于:所述步骤(3)中通过初始化模块进行初始化的具体步骤如下:k时刻,位移传感器检测控制对象的实际输出yi(k),i=1,…,p;

k时刻初始化,将yi(k)设定为预测模型的初始值其中: 中各分量表示在k时刻全部控制量u1,…,um保持不变时对yi在未来P个时刻的初始输出预测值。

9.根据权利要求8所述的一种双阀并联的电液伺服系统的控制方法,其特征在于:所述步骤(4)中通过实施控制模块进行实时控制的具体步骤如下:(4.1)优化变量求解

根据控制量与输出量的约束条件,用二次规划进行求解得到最优解ΔuM(k);记x=ΔuM(k),H1=2(ATQA+R), 其标准形式为:s.t.Cx≤l

其中:

为最优全部控制增量,其各分量表示在k时刻起uj依次有M个增量变化Δuj(k),…,Δuj(k+M-1),j=1,…,m;

为约束矩阵,其

分别为m个输入增量Δ

um,M(k)在控制时域M范围内的最小值和最大值;其uj(k-1),j=1,…,m表示输入uj在K-1时刻的输入值;

(4.2)在线计算控制量

在线通过uj(k)=uj(k-1)+Δuj(k),j=1,…,m计算得到k时刻要实施的即时控制量uj(K);

其中:uj(k)为k时刻的即时控制量;uj(k-1)表示输入uj在K-1时刻的输入值;Δuj(k)为上述步骤(a)计算得到的k时刻的即时控制增量;

(4.3)PID控制

将步骤(4.2)中的即时控制量uj(k)通过内环PIDj,j=1,…,m控制得到 并将控制后 的输入作用于控制阀上;

其中:PIDj,j=1,…,m参数为步骤(1.1)中所设置;

(4.4)求出预测模型

在k时刻实时控制后,即可根据 算出对象在未来时刻的各输出值;

其中:

其中 为yi在未来P个时刻的预测值;

其中 为yi在未来P个时刻的初始预

测值;

Δuj(k),j=1,…,m为k时刻的即时控制增量,为步骤(4.1)中计算所得;

(4.5)系统实时检测

在k+1时刻进行优化计算之前,通过位移传感器,检测液压缸的输出位移yi(k+1),i=

1,…,p,并将值赋给步骤(4.6)进行误差计算;

(4.6)计算输出误差

在k+1时刻进行优化计算之前,将检测值与预测值进行比较,得到这一时刻的误差向量:其中:ei(k+1),i=1,…,p为k+1时刻个输出的误差值;yi(k+1),i=1,…,p为步骤(4.5)在k+1时刻检测到的液压缸的输出位移; 为步骤(4.4)在k时刻计算得到的k+1时刻的预测值;

(4.7)预测值校正

通过误差向量值,对系统输出的预测值进行在线修正,得到修正后对于系统输出的预测值:其中: 为矫正后的系统输出预测; 为步骤(4.4)中求出的系统输出预测值;H为参数定义模块中步骤(1.3)定义的误差校正矩阵;

(4.8)预测值前移,并设置该时刻初值

在预测值校正后,系统则已经处于k+1时刻,所以需要对校正后的预测值向前推移,使其达到k+1时刻;进行推移计算其中: 为k+1时刻修正后的预测输出;S0见步骤(1.4)中所定义; 为步骤(4.7)中矫正后的系统输出预测;

(4.9)循环:循环实时控制模块;

令 并将 赋值给步骤(a),实现对实时控制模块的在线循环。

其中: 为k时刻的初始预测值; 为步骤(4.8)中计算出的K+1时刻经移位矩阵后的初始预测值。