前言

電液伺服系統(tǒng)具有響應速度快、調速范圍廣、比功率大、耐用性高等優(yōu)點，在車輛船舶、工程機械、武器系統(tǒng)等方面得到了廣泛的應用。為了進行電液伺服系統(tǒng)的分析、仿真與控制，需要構造電液伺服系統(tǒng)的模型，但其固有的流量-壓力曲線、液體壓縮、電磁轉換、飽和摩擦等非線性因素，使得難以獲得電液伺服系統(tǒng)的精確模型。

電液位置伺服系統(tǒng)主要是用于解決位置跟隨的控制問題，其根本任務就是通過執(zhí)行機構實現(xiàn)被控量對給定量的及時和準確跟蹤，并要具有足夠的控制精度。電液伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性是衡量一套電液伺服系統(tǒng)設計及調試水平的重要指標。它由電信號處理裝置和若干液壓元件組成，元件的動態(tài)性能相互影響，相互制約及系統(tǒng)本身所包含的非線性，致使其動態(tài)性能復雜。因此，電液伺服控制系統(tǒng)的設計及仿真受到越來越多的重視。

本文以比例方向閥實現(xiàn)對伺服油缸的位置控制，加入位移傳感器構成位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。采用NI公司的USB-6008數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)輸出控制等多項功能，以LABVIEW和MATLAB混合編程實現(xiàn)了良好的實時控制功能。

1、液壓系統(tǒng)特性簡述

隨著液壓技術的不斷發(fā)展與進步和應用領域與范圍的不斷擴大，系統(tǒng)柔性化與各種性能要求更高，采用傳統(tǒng)的以完成執(zhí)行機構預定動作循環(huán)和限于系統(tǒng)靜態(tài)性能的系統(tǒng)設計遠遠不能滿足要求。因此，現(xiàn)代液壓系統(tǒng)設計研究人員對系統(tǒng)動態(tài)特性進行研究，了解和掌握液壓系統(tǒng)動態(tài)工作特性與參數(shù)變化，以提高系統(tǒng)的響應特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。

液壓系統(tǒng)動態(tài)特性是其在失去原來平衡狀態(tài)到達新的平衡狀態(tài)過程中所表現(xiàn)出來的特性，原因主要是由傳動與控制系統(tǒng)的過程變化以及外界干擾引起的。在此過程中，系統(tǒng)各參變量隨時間變化性能的好壞，決定系統(tǒng)動態(tài)特性的優(yōu)劣。系統(tǒng)動態(tài)特性主要表現(xiàn)為穩(wěn)定性（系統(tǒng)中壓力瞬間峰值與波動情況）以及過渡過程品質（執(zhí)行、控制機構的響應品質和響應速度）問題。

液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的研究方法主要有傳遞函數(shù)分析法、模擬仿真法、實驗研究法和數(shù)字仿真法等。數(shù)字仿真法是利用計算機技術研究液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的一種方法。先是建立液壓系統(tǒng)動態(tài)過程的數(shù)字模型——狀態(tài)方程，然后在計算機上求出系統(tǒng)中主要變量在動態(tài)過程的時域解。該方法適用于線性與非線性系統(tǒng)，可以模擬出輸入函數(shù)作用下系統(tǒng)各參變量的變化情況，從而獲得對系統(tǒng)動態(tài)過程直接、全面的了解，使研究人員在設計階段就可預測液壓系統(tǒng)動態(tài)性能，以便及時對設計結果進行驗證與改進，保證系統(tǒng)的工作性能和可靠性，具有精確、適應性強、周期短以及費用低等優(yōu)點。

2、系統(tǒng)原理及建模

2.1系統(tǒng)組成及原理

電液位置伺服控制系統(tǒng)以液體作為動力傳輸和控制介質，利用電信號進行控制輸入和反饋。只要輸入某一規(guī)律的輸入信號，執(zhí)行元件就能啟動、快速并準確地復現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律?？刂葡到y(tǒng)結構圖如圖1所示：

圖1 電液位置伺服控制系統(tǒng)結構圖

2.2電液位置伺服系統(tǒng)建模

建立電液伺服系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，需要根據(jù)連續(xù)性方程、牛頓定律等物理法則，分別對伺服閥、液壓缸等環(huán)節(jié)建立函數(shù)表達式，并聯(lián)立求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。具體地，需要建立伺服閥方程、伺服閥流量方程、連續(xù)性方程和力平衡方程。

2.2.1伺服閥方程

伺服閥是具有復雜高階非線性特性的器件。在實際中，通?？梢詫⑺欧y簡化等效為一階系統(tǒng)（低頻）或者二階系統(tǒng)（高頻）：

圖2 系統(tǒng)simulink動態(tài)仿真模型

3、軟件設計

LABVIEW在線控制過程：首先進行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)是位移傳感器的位移，轉換為電壓，送入數(shù)據(jù)采集卡的模擬量輸入端AI0，程序中對模擬輸入通道進行配置，主要包括配置采樣通道號、最大最小值以及采樣方式(差分、單端)，并輸出采樣波形。接著是PID算法，要設定P、I、D的參數(shù)和輸出的上下限，然后是模擬量的輸出，程序中對模擬量輸出通道配置，輸出口配置為AO0口，并配置輸出的最大最小值。經過程序運算后得到的數(shù)值送給伺服放大器的輸入端，驅動伺服閥，使液壓缸前進或后退，完成對電液伺服系統(tǒng)的位置控制[3]。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

圖3采集系統(tǒng)流程圖

4、MATLAB仿真

基于多層前向神經網絡構造自動定深電液伺服系統(tǒng)的智能模型，隱含層節(jié)點數(shù)目為8，訓練次數(shù)為1000次。由于神經網絡參數(shù)初值的不確定會造成網絡性能的不同，因此神經網絡訓練10次，均方根誤差等性能指標取其平均值。神經網絡能夠較好的擬合電液伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性，且模型具有較高的泛化能力仿真圖如圖4所示：

圖4 電液伺服系統(tǒng)神經網絡輸出值和實際值

5、結論

電液伺服系統(tǒng)是一類典型的非線性系統(tǒng)，本文采用機理建模和智能建模方法為進一步實現(xiàn)電液伺服系統(tǒng)的控制奠定了基礎。建模過程與仿真結果表明,對系統(tǒng)建立正確的數(shù)學模型并進行分析仿真，分析系統(tǒng)的動態(tài)特性，可以有效地預見系統(tǒng)的輸出，達到對系統(tǒng)工作狀態(tài)的了解，提高了設計和分析系統(tǒng)的效率，為進一步控制系統(tǒng)，提高響應速度和控制精度奠定了一定的基礎。

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