CN102170287B - 一种对基于高速开关阀的位置伺服系统的控制方法 - Google Patents
一种对基于高速开关阀的位置伺服系统的控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种对基于高速开关阀的位置伺服系统的控制方法，采用了滑动模态变结构控制原理。这种方法不以占空比作为控制参数，而是直接确定实时的驱动电位，利用滑模变结构控制所固有的抖振形成占空比和频率均自然产生的PWM波形以驱动高速开关阀的通、断，从而控制连通至伺服活塞两端流体的压力差，最终改变伺服机构的位置。该方法将参数未知或不确定的以二阶特性为主的位置伺服系统，变成了时间常数可以由设计者根据具体应用情况自定，具有“不变性”的一阶惯性环节，有效缩短延时，提高控制速度及稳定性，且具有极宽的适应性，便于外层控制。
Description
所属领域
本发明涉及一种对基于高速开关阀的位置伺服系统的控制方法，属于自动控制领域。
背景技术
基于高速开关阀的位置伺服系统的控制方法一般是以脉宽调制(PWM)信号驱动高速开关阀的通、断，从而控制连通至伺服活塞一端的流体压力，使伺服活塞两边产生压力差，最终改变伺服机构的位置。
在一般情况下，直接以PWM信号的“占空比”作为参数，采用传统控制方法，如PID控制，有以下特点：
(1)需要基本确定其数学模型的参数，而且要求参数不可变化过大、过于复杂，否则难以保证调节稳定性，即使能实现稳定，构成的结果也非定参数简单模型，不利于对外层控制。
(2)控制中算法的时间常数原则上须远大于PWM信号周期，若不能精确确定，则需要有更大的余量，不利于应用中的快速性要求。
从刘少军著《高速开关电磁阀在工程机械方面的应用分析》中高速阀控制的位置伺服系统的两个例子中可以看出，一般的控制方法仅适用于数学模型参数可确定或参数变化不大的简单伺服机构，或对控制响应速度及精度要求不高的系统。若要提高控制速度与精度，需在机械结构上进行复杂设计或采用足够高频率的高速开关阀。
发明内容
本发明的目的：为了克服现有方法的缺点和局限，本发明提出一种新的对基于高速开关阀的位置伺服系统的控制方法。
本发明的技术方案是：一种对基于高速开关阀的位置伺服系统的控制方法，采用了滑动模态变结构控制原理。这种方法不以占空比作为控制参数，而是直接确定实时的驱动电位，利用滑模变结构控制所固有的抖振形成PWM波形，其占空比和频率均自然产生。所得结果可以构成一个已知时间常数的简单一阶惯性环节。包括如下步骤：
步骤1：将位置伺服系统的位置给定值Vα给与比例微分电路的输出信号Va2比较，根据比较结果，按下面规则产生驱动电位：
当Vα给＞Va2时，产生驱动电位V1；
当Vα给＜Va2时，产生驱动电位V2；
步骤2：驱动电位V1、V2控制高速开关阀的通、断；
步骤3：高速开关阀的通、断改变伺服活塞所受的合压力方向为正向、反向；
步骤4：伺服活塞两端产生压力差，使位置伺服系统的位置发生变化；
步骤5：以模拟连续方式测得代表位置伺服系统位置的电压信号Va送到比例微分电路的输入端。
步骤6：Va经传递函数为(1+Tf*s)的比例微分电路后输出信号Va2，所述的Tf为时间常数。
所述的比例微分电路除实现理论上的传输函数外，还可以添加抗干扰滤波环节。因滑动模态变结构控制所具有的抖振的周期除受控制对象的机械延时影响外，还受此电路中抗干扰时间常数影响，故抗干扰滤波元件参数需使抖振周期符合高速开关阀的技术要求。
上述步骤1至步骤6同时持续进行，构成一个稳定的闭环控制。
本方法的有益效果是：
本发明提出的对基于高速开关阀的位置伺服系统的控制方法，将参数未知或不确定的以二阶特性为主的位置伺服系统，变成了时间常数可以由设计者根据具体应用情况自定，具有“不变性”的一阶惯性环节，有效缩短延时，提高控制速度，且具有极宽的适应性，便于外层控制。
比例微分电路的采用，不仅避免了软件微分计算受A/D转换分辨率限制的困难，同时，将比例和微分两项合并为一个电路，可以回避负微分对电源和采样值域的特殊需求，以单电源单象限的简单运放电路实现，并可直接进行普通A/D转换。
本发明提出的对基于高速开关阀的位置伺服系统的控制方法，控制信号总是在最大正向输出和最大反向输出之间抖动，而对于只有通、断两个状态的高速开关阀，不会影响其控制效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本方法进一步说明。
图1是本发明提出的对基于高速开关阀的位置伺服系统的控制方法示意图
图2是实施例中基于高速开关阀的燃油调节机构的控制方法示意图。
图3是比例微分电路原理图。
图4是增加了抗干扰滤波环节后的比例微分电路原理图。
具体实施方式
参阅图2，图3，本实施例是一种对基于高速开关阀的燃油调节机构的控制方法，本实施例中高速开关阀的频率为……，包括如下步骤：
步骤1：将油门开度给定值Vα给与比例微分电路的输出信号Va2比较，根据比较结果，按下面规则产生驱动电位：
当Vα给＞Va2时，产生驱动电位V1；
当Vα给＜Va2时，产生驱动电位V2；
步骤2：驱动电位V1、V2控制高速开关阀的通、断；
步骤3：高速开关阀的通、断改变计量活门伺服活塞所受的合压力方向为正向、反向；
步骤4：伺服活塞两端产生压力差，使计量活门的位置发生变化；
步骤5：以模拟连续方式测得代表位置计量活门位置的电压信号Va送到比例微分电路的输入端，所述比例微分电路中，R＝1MΩ，C＝0.2μF。
步骤6：Va经传递函数为(1+Tf*s)的比例微分电路后输出信号Va2，所述的Tf为时间常数。Tf＝0.2s。
上述步骤1至步骤6同时持续进行，构成一个稳定的闭环控制。
上实施例中的比例微分电路可以替换为增加了抗干扰滤波环节后的比例微分电路，参阅图4，通过试验选择抗干扰滤波元件使抖振周期符合高速开关阀的技术要求，其中，R＝1MΩ，C＝0.2μF，R’＝5.1KΩ，C’＝0.02μF，低通时间常数＝24ms。
Claims (2)
1.一种对基于高速开关阀的位置伺服系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：将位置伺服系统的位置给定值Vα给与比例微分电路的输出信号Va2比较，根据比较结果，按下面规则产生驱动电位：
当Vα给>Va2时，产生驱动电位V1；
当Vα给<Va2时，产生驱动电位V2；
步骤2：驱动电位V1、V2控制高速开关阀的通、断；
步骤3：高速开关阀的通、断改变伺服活塞所受的合压力方向为正向、反向；
步骤4：伺服活塞两端产生压力差，使位置伺服系统的位置发生变化；
步骤5：以模拟连续方式测得代表位置伺服系统位置的电压信号Va送到比例微分电路的输入端；
步骤6：Va经传递函数为(1+Tf*s)的比例微分电路后输出信号Va2，所述的Tf为时间常数；
上述步骤1至步骤6实时进行，构成一个稳定的闭环控制。
2.一种如权利要求1所述的对基于高速开关阀的位置伺服系统的控制方法，其特征在于：所述步骤6中的比例微分电路添加抗干扰滤波环节，所述抗干扰滤波环节中的元件参数使抖振周期符合高速开关阀的技术要求。
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| CN102170287A CN102170287A (zh) | 2011-08-31 |
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