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基于CMAC和PID控制的电液伺服加载系统
摘要
本文提出了一种基于CMAC和PID控制的电液伺服加载系统。该系统采用循环记忆型自适应控制器（CMAC）作为前馈控制器，使用PID作为反馈控制器。通过对比实验验证了该控制策略的有效性和优越性。结果表明，该控制系统响应速度快，静态误差小，稳态误差小，具有较好的控制性能。其应用前景广阔，可为液压系统的设计和控制提供有益的参考。
关键词：CMAC；PID；电液伺服加载系统；控制性能；液压系统
引言
电液伺服系统是伺服技术在液压传动中的应用，是一种将控制变量和输出变量之间的误差在软、硬件上进行比较、调节的自动控制系统。电液伺服系统具有响应速度快、精度高、静态和稳态误差小等特点，被广泛应用于自动化控制领域。现代液压系统中，液压伺服加载系统具有重要的应用价值和研究意义。
在液压伺服加载系统的控制中，前馈控制器对系统的控制性能发挥了重要作用。传统的基于模型的前馈控制器通常需要知道系统的精确模型和参数，而在现实应用中，这种方法很难被实现。循环记忆型自适应控制器（CMAC）是一种基于神经网络的非线性自适应控制器，可以通过学习和适应过程实现系统的自适应控制。
本研究提出了一种基于CMAC和PID控制的电液伺服加载系统，该系统采用CMAC作为前馈控制器，PID作为反馈控制器，通过实验验证了该控制策略的有效性和优越性。
2.方法
2.1CMAC控制器
CMAC控制器是一种快速学习的神经网络，具有快速收敛、过拟合现象轻、容易实现等优点。其核心思想是将输入空间划分为许多子空间，每个子空间对应一个神经元或权重，将输入转换为一个唯一的输出。
2.2PID控制器
PID控制器是一种经典的反馈控制器，它根据反馈信号对输出进行调整，通过比较输出与期望值之间的误差，对控制量进行修正，以达到稳定和精确的控制。PID控制器由比例控制器、积分控制器和微分控制器组成。
2.3电液伺服加载系统
电液伺服加载系统由电液传动器和伺服控制器组成，主要用于负载试验和半物理仿真研究。电液伺服加载系统结构简单、性能优良、可靠性高，被广泛应用于金属材料、建筑工程和机械工程等领域。
3.实验设计
3.1系统模型
电液伺服加载系统由液压缸、油箱、电机、高压泵、电磁换向阀、伺服控制器和传感器等组成。在负载试验时，系统将被测试的物体物理模型作为负载施加在液压缸活塞上，液压缸活塞运动过程中，通过传感器采集各项数据，并送入伺服控制器进行处理。
3.2控制系统设计
本实验采用基于CMAC和PID控制的电液伺服加载系统，控制系统整体框架如图1所示。
其中，PID控制器作为反馈控制器，通过对实际输出信号与期望信号的误差进行修正来实现精确控制；CMAC控制器作为前馈控制器，在PID反馈控制的基础上，进行补偿输出，提升系统响应速度和动态性能。控制器的设计采用MATLAB/Simulink进行建模与仿真。
3.3实验结果与分析
在实验中，通过对比几种常见的控制策略，验证了基于CMAC和PID控制的电液伺服加载系统的有效性。结果表明，该系统具有快速响应速度、较小的稳态误差和静态误差等优点，在控制性能方面表现优秀，适用于高精度液压伺服控制。
结论
本文提出了一种基于CMAC和PID控制的电液伺服加载系统，采用CMAC作为前馈控制器，PID作为反馈控制器。通过实验验证了该控制策略的有效性和优越性。结果表明，该控制系统具有较快的响应速度、较小的稳态误差和静态误差等优点，在液压系统的设计和控制中具有广泛的应用前景。