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2011年第2期液压与气动49

基于CMAC+PID复合控制的多缸力加载控制研究

杨鹏，施光林，泮健

Studyofmulti—cylindersforcecontrolsystembasedonCMAC+PID

YANGPeng，SHIGuang—lin，PANJian

(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)

摘要：介绍了一种基于高速电磁开关阀的新型多缸液压控制系统，将CMAC小脑模型与PID复合控
制策略用于此系统的力加载协调控制。使用AMESim软件对该系统进行了建模、仿真，并开展了实验对比研
究。仿真和实验结果表明，与PID控制算法相比，CMAC+PID复合控制算法，能够有效地实现该多缸系统的
力加载协调控制。
关键词：高速电磁开关阀；多缸液压控制系统；CMAC+PID复合控制；力加载协调控制

中图分类号：TH137文献标识码：B文章编号：1000-4858(2011)02-0049-05

0前言虽然高速电磁开关阀本身的控制精度不如伺服阀
在现代液压应用中，对于多个液压缸问题中的力和比例阀的高，但是如果能够通过优化算法，将系统控
协调控制问题，正越来越引起人们的重视和关注。力制精度提高到满足实际的需求，那么就能够充分发挥
协调控制是同时控制两个以及两个以上的执行机构输高速电磁开关阀的优越性，节省成本，并提高系统可靠
出相等或相互之间具有一定关系的力，而与执行结构性，这也是本研究意义所在。
的速度或位移无关。比如控制几个夹具同步输出力，由于多变强干扰多缸力跟踪液压系统使用PID控
对横梁的几个位置进行力协调加载等等。这些场合的制效果不太好，所以本文试图将CMAC小脑模型引
负载要求较大，或着会受到布局的影响，常常需要采用入，与PID控制相复合，作为本多缸系统的控制策略，
多个液压缸的系统来驱动。因而，研究多缸力加载协以提高多缸力控制的性能。
调控制系统，必将对液压技术的发展有着积极的意义1系统原理与结构
和作用。本文以液压缸的无杆腔为控制腔，使用5个二位
高速电磁开关阀不仅能与计算机直接接口，实现三通高速电磁开关阀和5个普通电磁开关阀构成五缸
数字量控制，从而不再需要伺服控制或比例控制中不控制回路。在此基础上，使5个子系统根据相互之间
可或缺的A／D或D／A转换器，而且其制作工艺相对具有协调关系的指令信号，通过以研华PCI1711多功
简单，价格优势明显，工作也非常稳定可靠，作为数字能数据采集与控制卡为核心的计算机控制系统，实现
阀中最具性价比的代表，近些年在计算机控制系统中五缸系统的力协调加载控制。
得到了越来越广泛的应用。因而，有许多学者研究了
系统的原理图如图1所示，实物图如图2所示。
使用高速电磁开关阀取代伺服阀或者比例阀来控制液其中，缸无杆腔直径为40mm，活塞杆直径为20
压缸的系统。mm，弹簧刚度为2kN／mm，高速电磁开关阀为贵州红
Gentile于2002年设计了一种基于高速电磁开关
林公司的HSV-3103$7型号阀。
阀的气缸位置控制系统，通过实验验证了控制系统的
对于每个子系统，使用2种阀共同控制缸的无杆
鲁棒性，并通过其新颖的PWM控制算法实现了系统

的理想性能J。另外，有的学者致力于研究适用于高收稿日期：2010—10．11
速电磁开关阀的控制算法，比如Takayoshi早在1990基金项目：国家自然科学基金资助项目(50775137)
年就做过这方面的研究j。高建臣于1997年设计了作者简介：杨鹏(1987一)，男，山东省郓城县人，硕士，主要从
适用于全桥系统的模糊控制器_5J。事机电液一体化方向的科研工作。
50液压与气动2011年第2期

c

l8／缸1W1
∞

．．．。．．．．．，．．．
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高速电：／
磁开关
16fL]l7fL]18阀
●<<

at+C1Wi+c
、普通电-．
9<1
磁开关

P阀＼aj+C-
Tr
MlM2、减压阀＼√／／1w『+c．1
P
口^W
臼7n
61嶂5
图3CMAC结构

40其映射为：
4341f：S—A(1)

图1多缸系统原理图g：A—P(2)
Js—的映射原则为：在输入层Is邻近的两个输入
n维向量，在中间层A中会激励部分重叠单元，距离越
近，重叠越多，即局部泛化。
A—P的映射原则为：中间层通过杂散编码
(Hash—coding)技术，将被激励单元与权值向量相
乘，产生输出向量P。
CMAC是一种联想网络，对每一输出只有小部分
神经元(由输入决定)与之相关，它是基于局部学习的
图2多缸系统实物图神经网络，每次修正权很少，且相似的输入产生相似的
腔，有杆腔的活塞杆上连接有回复弹簧，以产生反作用输出，而远离的输入产生几乎独立的输出，因而学习速
力，同时作为系统的负载。工作时，如需进油，