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液壓系統(tǒng)比例控制技術的發(fā)展趨勢

由于電液比例複合閥具有好的控制特性、抗污染性、可靠性和經濟性，已成液控技術發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。其穩(wěn)態(tài)性能的滯環(huán)、重複精度、分辨率、非缐性等與一般工業(yè)用電液伺服閥幾乎相當，但動態(tài)響應比伺服閥稍低，在較大的參數調節(jié)范圍內運行，故控制回路中的非缐性因素不能忽略。電液比例控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要集中在兩大方面。

1、比例閥。

1)提高比例閥性能，適應機電液一體化主機的發(fā)展。提高電液比例閥及遠控多路閥的性能，使之適應野外工作條件，并??發(fā)低成本比例閥，其主要零件與標準閥通用。

2)比例技術與二通和三通插裝技術相結合，形成了比例插裝技術，特點是結構簡單、性能可靠、流動阻力小、通油能力大、易于集成。此外出現(xiàn)比例容積控制，為中、大功率控制系統(tǒng)節(jié)能提供新手段。

3)由于傳感器和電子器件的小型化，出現(xiàn)了傳感器、測量放大器、控制放大器和閥複合一體化的元件，極大地提高了比例閥（電反饋）的工作頻寬。其主要表現(xiàn)有：

①高頻響、低功耗比例放大器及高頻響比例電磁鐵的研制；

②帶集成式放大器的位移傳感器(200Hz)的??發(fā)，為電反饋比例閥小型化、集成化創(chuàng)造良好的條件；

③伺服比例閥（閉環(huán)比例閥）內裝放大器，具有伺服閥的各種特性，零遮蓋、高精度、高頻響，但其對油液的清潔度要求比伺服閥低，具有更高的工作可靠性。

2、比例控制系統(tǒng)。電液比例控制系統(tǒng)屬于本質非缐性和不確定性系統(tǒng)，如電液伺服閥的壓力一流量特性、液壓動力機構的摩擦特性和死區(qū)特性、負載特性等都是非缐性；而不確定性因素則包括外來干擾力、溫度變化、油源壓力和流量脈動等。因此，比例控制性能提高還有賴于許多新型的控制技術。

1) PID控制。PID控制方法是經典控制理論的代表，它是基于系統(tǒng)誤差的現(xiàn)實因素、過去因素、未來因素進行缐性組合來確定控制量，具有結構簡單、易于實現(xiàn)等特點，在電液伺服系統(tǒng)中廣泛應用。但傳統(tǒng)的PID控制器采用缐性組合方法，難于協(xié)調快速性和穩(wěn)定特性之間的矛盾，在具有參數變化和外干擾的情況下其魯棒性不夠好，而電液比例控制系統(tǒng)的參數是隨時間變化的，參數呈非缐性變化，因此在相當多的情況下，PID不能取得令人滿意的效果，近年來吸收智能控制的基本思想并利用計算機的優(yōu)勢，形成了模糊PID、自適應PID、非缐性PID等變種控制器。

2)狀態(tài)反饋控制。電液控制系統(tǒng)的狀態(tài)反饋控制方法，除了位置信號進行反饋外，執(zhí)行器的速度和加速度（壓力）也反饋回控制器中，由于液壓系統(tǒng)阻尼ξ一般較低，通過加速度（壓力）反饋可大大提高系統(tǒng)的阻尼，從而顯著地改善了系統(tǒng)的響應。

3)自適應控制。針對電液比例控制系統(tǒng)的非缐性和不確定性，自適應控制的應用非常廣泛，因為自適應控制算法能自動辨識時變系統(tǒng)參數，相應地改變控制作用，使液壓系統(tǒng)的性能達到特優(yōu)。當前應用成熟的主要有兩類：①自校正控制(STC)；②模型參考自適應控制(MRAC)。STC -般適用于慢時變的對象調節(jié)，而具有參數突變和突加外負載干擾的電液比例控制系統(tǒng)往往不能滿足，因此，液壓系統(tǒng)中應用的自適應控制大多為MRAC或其變形。自適應控制盡管極大地改善了系統(tǒng)性能，但在使用過程中也帶來了一些問題，如對于STC，由于要進行大量的辨識計算，對于響應很快的系統(tǒng)進行實時控制很難；而對于MRAC，主要的困難是選擇一個合適的參考模型以及要按李雅普諾夫穩(wěn)定理論或波波夫超穩(wěn)定理論來設計自適應律。所以吸收其他控制方法的優(yōu)點，研究算法簡便、魯棒性強的自適應律是近年來發(fā)展的方向，如自適應前饋控制、魯棒自適應控制，非缐性自適應控制等。

4)變結構控制(VSC)。變結構控制是一種根據系統(tǒng)狀態(tài)偏離滑模的程度來變更控制器的結構，使系統(tǒng)按照滑模規(guī)定的規(guī)律運行的一種控制方法，其在電液控制系統(tǒng)應用較廣泛的是滑?？刂?Sliding Mode Control）。VSC系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，具有控制規(guī)律簡單，可以協(xié)調動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能間的矛盾，特別是其滑動模態(tài)(SM)對系統(tǒng)參數變化和外部干擾具有完全不變性，其主要缺點是由于頻繁切換而存在較嚴重的抖動現(xiàn)象，另外，它也不宜應用于采樣周期較長的控制系統(tǒng)。近年來，出現(xiàn)了模糊控制和神經網絡控制實現(xiàn)的離散變結構控制。

5)模糊邏輯控制(FLC)。FLC的引入主要是考慮到可不需要建立數學模型，而依靠模糊推理或其他先驗知識來調定控制器。模糊控制適用于被控參量無精確的表示方法和被控對象各種參數之間無精確的相互關系的情況。在這種情況下，F(xiàn)LC比精確控制優(yōu)越，而電液比例控制系統(tǒng)正屬于此類情況（如影響系統(tǒng)動態(tài)品質的液壓固有頻率ω和阻尼比ξ等，與系統(tǒng)的軟量有關，難以精確算出）。

FLC在電液比例系統(tǒng)中的應用主要有兩種形式：

①模糊控制器直接驅動對象；

②用來確定狀態(tài)反饋控制器的反饋增益。