CN208311185U - 一种专家pid控制的电液位置伺服装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种专家PID控制的电液位置伺服装置，PLC控制单元分别与执行单元和检测单元连接，模拟量输入模块接检测单元的模拟量电流信号，用于输入信号处理，中央处理模块CPU利用专家PID算法进行具体数据计算，专家PID控制器以系统液压缸位移预定值、位移反馈误差和输出作为输入，接着进行对专家知识集的查询，最后进行专家知识判断，结合专家库矩阵规则，得到相应的控制量。本申请中将专家自适应PID控制技术与先进的计算机软、硬件技术完美结合起来，通过PLC控制单元实现专家PID参数的自动寻优工作，具有超调量小，调整时间短，过渡过程平稳、运行稳定、输出控制精度高等优点。

Description

一种专家PID控制的电液位置伺服装置

技术领域

本实用新型涉及一种电液位置伺服装置，特别是一种专家PID控制的电液位置伺服装置。

背景技术

电液位置伺服系统是应用领域十分广泛的一类伺服控制系统，它具有响应速度快、精度高、功率大等优点，广泛应用于各个工业部门。但普遍存在非线性、参数时变以及外干扰引起的不确定性，无法准确地建立系统的数学模型；用传统的基于模型的控制理论设计出的电液伺服系统,系统自适应能力和抗干扰性差，很难得到满意的控制效果。由于电液伺服系统存在的这些缺点，因此常规的控制策略，例如常规PID控制，存在一定的局限性，目前的许多研究工作集中在非线性控制策略上，其目的是当系统工作环境发生变化时控制器的参数能自适应地相应调整，从而使系统具有克服自身不确定性的能力。

专家智能自整定PID控制器将专家控制与常规PID控制相结合而具有的自整定、自学习等功能，可以用来描述复杂系统的特性，并通过学习和自组织得到相应的控制策略。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种专家PID控制的电液位置伺服装置。

为了实现上述目的，本实用新型所设计的一种专家PID控制的电液位置伺服装置，包括PLC控制单元、执行单元、检测单元、上位机监控单元。

所述PLC控制单元包括中央处理器CPU、开关量模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块，开关量模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块分别连接在中央处理器CPU上，检测单元和伺服放大器分别与模拟量输入模块和模拟量输出模块对应电连接。中央处理器CPU利用专家系统概念和技术，模拟人类专家的控制知识与经验，结合电液伺服系统知识，根据控制误差绝对值的大小和控制误差绝对值的变化方向来决定PID控制器的控制作用，从而使控制误差迅速减小。

所述检测单元为定位变送器，将实时检测到的定位信号转换为4～20mA的电流信号，与PLC控制单元的模拟量输入模块相连，给PLC控制单元提供专家PID控制依据。

所述执行单元由伺服放大器、电液伺服阀和液压缸构成。PLC控制单元专家PID控制器根据电液伺服系统位移实际值与预定值的偏差情况，不断调整专家PID参数，通过PLC的PID运算子程序，由模拟量输出模块输出相应的4～20mA电流信号到执行机构，通过改变伺服放大器输出信号，控制电液伺服阀动作输出，通过改变通入电液伺服阀线圈电流大小，改变液压缸单元活塞行程位移，从而控制负载，达到调节电液位置伺服控制的目的。

所述上位机监控单元为一个计算机，计算机通过现场总线网络与PLC控制单元连通。完成现场参数设置、运行方式设立、各种参数显示、运行状态、报警记录、数据计统计等功能。

本实用新型与现有技术相比较，其有益效果：

本实用新型所述的专家PID控制的电液位置伺服装置，改变传统的电液位置伺服控制PID位移控制方式，将专家自适应PID控制技术与先进的计算机软、硬件技术完美结合起来，依据PLC控制单元实现专家PID参数的自动寻优工作，具有的自整定、自学习等功能，相比传统电液位置伺服控制，具有超调量小，调整时间短，响应快，过渡过程平稳、运行稳定、输出控制精度高等优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的专家PID控制原理结构图。

图中：1-上位机监控单元、2-现场总线网、3-开关量模块、4-中央处理器CPU、5-模拟量输入模块、6-模拟量输出模块、7-PLC控制单元、8-检测单元、9-专家PID控制器、10-伺服放大器、11-电液伺服阀、12-液压缸、13-负载、14-执行单元。

具体实施方式

如图1，本实施例中所述的一种专家PID控制的电液位置伺服控制装置，包括PLC控制单元7、执行单元14、检测单元8、上位机监控单元1。

所述PLC控制单元7包括开关量模块3、中央处理器模块CPU 4、模拟量输入模块5和模拟量输出模块6，开关量模块3、模拟量输入模块5和模拟量输出模块6均与中央处理器模块CPU 4电连接。所述模拟量输入模块5接收检测单元8的模拟量电流信号，输入给中央处理器模块CPU 4，利用专家PID控制算法进行信息处理，进行专家PID算法控制，所述模拟量输出模块6，一端电连接在中央处理器CPU 4上，另一端电连接伺服放大器10、电液伺服阀11和液压缸12，通过改变液压缸12活塞，达到控制负载13的位置定位。

所述执行单元14包括伺服放大器10、电液伺服阀11、液压缸12和负载13。PLC控制单元7专家PID控制器9根据电液位置伺服负载位实际值与预定值偏差情况，根据专家知识库预存算法，具有的自整定、自学习等功能，并通过学习和自组织得到相应的控制策略。不断调整专家PID控制器9的三个参数，通过PLC的PID运算子程序，由模拟量输出模块6输出相应的电压信号到伺服放大器10，改变电液伺服阀11线圈电流、执行液压缸12活塞动作，通过控制液压缸12活塞动作位移，达到控制负载13的位置定位目的，从而将电液位置伺服负载位置控制在预定值。

所述检测单元8为定位变送器，实时检测到的电液位置伺服位移信号转换为4～20mA的电流信号，与PLC控制单元7的模拟量输入模块4相连，给PLC控制单元7提供专家PID控制依据。

所述上位机监控单元1为一个计算机，计算机通过现场总线网2与PLC控制单元7中的中央处理器模块4连通。

所述中央处理模块CPU 4则利用专家PID控制算法进行具体数据计算，利用专家PID控制规则，经专家推理决策控制，此处的控制规则是把专家经验总结归纳而成，从而最终达到控制执行单元14工作进程的目的。

正常运行时，定位变送器随时检测液压缸12活塞行程变化数据并传送到PLC控制单元7的模拟量输入模块5上，模拟量输入模块5将采集的数据送入中央处理器CPU 4，经中央处理器CPU 4进行专家PID控制输入量处理，专家PID根据专家库知识，通过具有的自整定、自学习等功能，形成精确控制量，再经模拟量输出模块6，输出相应的电流到伺服放大器10，改变电磁伺服阀11电流信号，调节液压缸12活塞运行位移，从而负载13位置度控制在预定值，保证了系统位置的可控性、准确性和及时有效性。

如图2，专家PID控制器9工作原理如下：

专家PID控制器以系统位移预定输入值E，系统位移反馈误差△E和输出Y作为输入，专家PID首先通过查阅预定输入值E和位移反馈误差△E。接着进行对专家知识集的查询，专家知识集预先有很多不同的专家知识经验原则构成。最后进行专家知识判断，输入值E，系统位移反馈误差△E和输出Y情况，结合专家库矩阵规则，得到相应的控制量。位移反馈误差△E作为体现控制器性能以及调节作用的关键，可以对所建立的专家系统提出有效的修改提示。同时，由于反馈误差△E是时变的，因此其前后拍的变化也应作为控制器调节的决定因素加以考虑。加入专家控制系统，同时根据PID参数各自特性，根据需要，在不同阶段添加或减少控制参数的个数。

根据专家PID原理得到三个PID修正参数△Kp、△Ki、△Kd，不断对PID三个参数进行在线修改，不断自我学习和自我在线调整，再乘以比列因子得到PID算法的三个PID参数输出值，经PLC调用PID子程序控制，得到输出数字量，最后经过D/A转换器转换成模拟量去控制执行对象，达到电液位置伺服位移控制的目的。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (1)

1.一种专家PID控制的电液位置伺服装置，其特征是包括：

一个专家PID控制器；

一个将实时检测到的电液位置伺服位移信号转换为4～20mA的电流信号的检测单元；

一个PLC控制单元，其包括：

一个用于输入系统液压缸位移预定值的开关量模块，一个用于输入信号处理的模糊量化和模糊化环节的模拟量输入模块，一个调用PID运算子程序处理输入信号的中央处理器CPU，以及，一个用于输出解模糊化的模糊判决环节的模拟量输出模块；

一个执行单元，所述执行单元由一个用于将模拟量输出模块的输出信号放大处理的伺服放大器、一个节液压缸活塞运行位移的电液伺服阀和一个液压缸构成；

以及，一个通过人机交互方式，以完成中央处理器CPU的参数及运行方式设置、参数与运行状态显示以及数据计统的上位机监控单元；

其中，所述开关量模块与中央处理器CPU电连接；所述检测单元与拟量输入模块电连接；所述拟量输入模块与中央处理器CPU电连接；所述中央处理器CPU与专家PID控制器电连接；所述专家PID控制器与模拟量输出模块电连接；所述模拟量输出模块与伺服放大器电连接；所述伺服放大器与电液伺服阀电连接；所述上位机监控单元通过现场总线网络与PLC控制单元的中央处理器CPU信号连接。