本發(fā)明涉及泵用直線電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于直驅(qū)式柱塞泵的直線電機(jī)自適應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)：

直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)柱塞泵是一種利用直線電機(jī)作為動(dòng)力源直接驅(qū)動(dòng)柱塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的新型柱塞泵。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)柱塞泵由于不需要中間傳動(dòng)裝置，相對(duì)于傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+傳動(dòng)裝置”的結(jié)構(gòu)具有多方面的優(yōu)勢，如：振動(dòng)小、噪聲低，智能伺服控制等。泵用直線電機(jī)在大推力輸出、位置精度等方面有特殊要求，這也就對(duì)伺服控制系統(tǒng)的要求越來越高。

為了實(shí)現(xiàn)高速度高精度的控制效果，需要尋求合理有效的控制方法。泵用直線電機(jī)的伺服系統(tǒng)需要滿足指令無超調(diào)、無延時(shí)的跟蹤、對(duì)各種擾動(dòng)的抑制以及對(duì)負(fù)載變化的自適應(yīng)性等要求。經(jīng)典控制策略中，PID控制應(yīng)用最為廣泛，根據(jù)不同的被控對(duì)象采用適當(dāng)?shù)腒_p、K_i、K_d這三個(gè)參數(shù)，即可以得到較為滿意的控制效果。將PID控制策略與其它智能控制方法相結(jié)合，形成新型的智能復(fù)合控制，實(shí)現(xiàn)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)柱塞泵系統(tǒng)對(duì)PID參數(shù)的自校正，使得直線電機(jī)伺服系統(tǒng)的魯棒性得到增強(qiáng)。

隨著直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)柱塞泵的應(yīng)用前景將更加開闊。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)柱塞泵自適應(yīng)智能控制方法，能夠針對(duì)負(fù)載的變化情況，調(diào)整對(duì)應(yīng)的伺服控制方法，對(duì)實(shí)現(xiàn)直驅(qū)式柱塞泵低振動(dòng)、低流量脈動(dòng)的特性具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)式柱塞泵具有負(fù)載多變、高度非線性等特點(diǎn)，提出一種泵用直線電機(jī)自適應(yīng)控制方法。

本發(fā)明結(jié)合傳統(tǒng)PID控制策略與模糊PID控制策略，能夠在系統(tǒng)負(fù)載或者運(yùn)行速度出現(xiàn)變化時(shí)，對(duì)直線電機(jī)PID參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，提高直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)式柱塞泵系統(tǒng)的魯棒性，實(shí)現(xiàn)減振降噪的目的。

本發(fā)明按如下方法實(shí)現(xiàn)：

一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)柱塞泵恒流量運(yùn)動(dòng)規(guī)劃及控制方法，該控制方法包含了PID控制策略和模糊PID控制策略。具體包括以下步驟：

S1：預(yù)先設(shè)定一個(gè)額定速度偏差比例常數(shù)；

S2：按照額定工況設(shè)置好PID控制參數(shù)及模糊PID控制策略；

S3：計(jì)算所述永磁同步直線電機(jī)的速度反饋系統(tǒng)的控制比例偏差；

S4：判定所述控制比例偏差是否大于所設(shè)定速度偏差比例常數(shù)，若是，則采用模糊PID控制策略；若否，則采用PID控制策略。

本發(fā)明一種泵用直線電機(jī)自適應(yīng)控制方法的有益效果在于，結(jié)合了傳統(tǒng)PID控制策略和模糊PID控制策略，根據(jù)實(shí)際工況的負(fù)載及速度變化情況實(shí)時(shí)切換智能伺服控制方法，動(dòng)態(tài)調(diào)整直線電機(jī)的控制參數(shù)。當(dāng)直線電機(jī)跟隨誤差較大時(shí)則采用模糊PID控制策略代替?zhèn)鹘y(tǒng)PID控制策略，從而使直線電機(jī)獲得較好的速度響應(yīng)和抗干擾能力，獲得良好的控制效果，對(duì)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)式柱塞泵的減振降噪具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種泵用直線電機(jī)自適應(yīng)控制方法的實(shí)施流程示意圖。

圖2是模糊PID控制器模型示意圖。

圖3是常規(guī)PID速度響應(yīng)曲線。

圖4是模糊PID控制速度響應(yīng)曲線。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說明。

一種泵用直線電機(jī)自適應(yīng)控制方法，具體包含了PID控制策略和模糊PID控制策略兩部分。首先設(shè)定一個(gè)額定速度偏差比例常數(shù)作為對(duì)比參考；再根據(jù)額定工況設(shè)置好PID控制及模糊PID控制策略參數(shù)；開始運(yùn)行直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)式柱塞泵系統(tǒng)，根據(jù)采集到的反饋信號(hào)，得到系統(tǒng)實(shí)時(shí)的跟隨誤差值，計(jì)算出速度反饋系統(tǒng)的控制比例偏差；最后將計(jì)算出的控制比例偏差值與預(yù)先設(shè)定的偏差比例常數(shù)對(duì)比分析，判定所述控制比例偏差是否大于所設(shè)定速度偏差比例常數(shù)，若是，則采用模糊PID控制策略；若否，則采用PID控制策略。主要包括以下步驟：

S1:預(yù)先設(shè)定一個(gè)額定速度偏差比例常數(shù)；

根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定一個(gè)額定速度偏差比例常數(shù)。額定速度偏差比例常數(shù)的設(shè)定關(guān)系到自適應(yīng)控制系統(tǒng)的控制精度。若過大，則會(huì)造成系統(tǒng)控制效果很差，無法實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)魯棒性的功能；若過小，則會(huì)使系統(tǒng)過于靈敏，影響系統(tǒng)的正常功能。

S2：按照額定工況設(shè)置好PID控制參數(shù)及模糊PID控制策略；

泵用直線電機(jī)的PID控制參數(shù)設(shè)置需要根據(jù)特殊的應(yīng)用工況調(diào)試。模糊PID控制器的設(shè)計(jì)也需根據(jù)直驅(qū)泵系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行設(shè)計(jì)和完善。

S3：計(jì)算所述永磁同步直線電機(jī)的速度反饋系統(tǒng)的控制比例偏差；

完成伺服控制系統(tǒng)的設(shè)置及調(diào)試后，運(yùn)行直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)式柱塞泵系統(tǒng)，根據(jù)采集到的實(shí)時(shí)位置反饋信號(hào)及速度信號(hào)，得到系統(tǒng)實(shí)時(shí)的跟隨誤差值，計(jì)算出速度反饋系統(tǒng)的控制比例偏差；

S4：判定所述控制比例偏差是否大于所設(shè)定速度偏差比例常數(shù)，若是，則采用模糊PID控制策略；若否，則采用PID控制策略。

實(shí)施例：

本實(shí)施例以額定流量50L/min，額定工作壓力4MPa的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)式柱塞泵系統(tǒng)為控制對(duì)象，具體實(shí)施方法如下：

S1：預(yù)先設(shè)定一個(gè)額定速度偏差比例常數(shù)；

額定速度偏差比例常數(shù)的設(shè)定關(guān)系到自適應(yīng)控制系統(tǒng)的控制精度。若過大，則會(huì)造成系統(tǒng)控制效果很差，無法實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)魯棒性的功能；若過小，則會(huì)使系統(tǒng)過于靈敏，影響系統(tǒng)的正常功能。根據(jù)以往系統(tǒng)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，本實(shí)施例中額定速度偏差比例常數(shù)設(shè)置為5％。

S2：按照額定工況設(shè)置好PID控制參數(shù)及模糊PID控制策略；

泵用直線電機(jī)的PID控制參數(shù)設(shè)置需要根據(jù)特殊的應(yīng)用工況調(diào)試，調(diào)試完畢后得到系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好的K_p、K_i、K_d(K_p代表比例增益，K_i代表積分增益，K_d代表微分增益)等控制參數(shù)；

模糊PID控制器的設(shè)計(jì)則需要完成模糊語言的變量選取和論域劃分、模糊規(guī)則設(shè)計(jì)、模糊化運(yùn)算、解模糊化和控制器模型搭建幾部分。

采用{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}來定義7模糊語言值(七個(gè)變量即為negativebig、negative middle……及positive big的縮寫，用來定義模糊變量集合中的各個(gè)元素)，來定義模糊變量E和E_c；

速度誤差E和速度誤差變化率E_c作為輸入量，PID參數(shù)比例增益，微分增益和積分增益變化量作為模糊控制器的輸出；

解模糊化運(yùn)算采用最大隸屬度法。

當(dāng)隸屬度函數(shù)為連續(xù)函數(shù)時(shí)，其公式為：

X₀——模糊變量最大值；

X——模糊量集合；

μ_A——隸屬度函數(shù)。

當(dāng)隸屬度函數(shù)為不連續(xù)函數(shù)時(shí)，其公式為：

x_i為第i個(gè)變量。

將模糊控制器的輸出與PID控制器相結(jié)合，進(jìn)而完成直線電機(jī)的伺服控制。

K_vff——為速度反饋增益

根據(jù)實(shí)際工況，設(shè)計(jì)完成的模糊PID控制器模型如附圖2所示。

S3：計(jì)算所述永磁同步直線電機(jī)的速度反饋系統(tǒng)的控制比例偏差；

采集系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)位置反饋信號(hào)及速度信號(hào)，得到系統(tǒng)實(shí)時(shí)的跟隨誤差值，計(jì)算出速度反饋系統(tǒng)的控制比例偏差；

S4：判定所述控制比例偏差是否大于所設(shè)定速度偏差比例常數(shù)，若是，則采用模糊PID控制策略；若否，則采用PID控制策略。

最終得到常規(guī)PID控制策略與模糊PID控制策略的響應(yīng)曲線，如附圖3和附圖4所示。