基于改進(jìn)PID算法的汽車傳動(dòng)過程中的液壓控制模型設(shè)計(jì)

徐立平　傅鶴川

摘 要： 汽車傳動(dòng)液壓控制系統(tǒng)是一個(gè)時(shí)變非線性的多元控制模型，傳統(tǒng)的模糊控制算法不能有效滿足控制精度，故提出一種基于改進(jìn)PID算法的汽車傳動(dòng)過程中的液壓控制模型設(shè)計(jì)方法。根據(jù)汽車傳動(dòng)液壓伺服的助力傳遞模型構(gòu)建壓力?流量特性方程和活塞運(yùn)動(dòng)方程，得到汽車傳動(dòng)液壓控制的約束參量體系。采用改進(jìn)的PID控制策略進(jìn)行控制約束參量的實(shí)時(shí)整定調(diào)整，進(jìn)行動(dòng)態(tài)流量和液位修正，提高液壓控制的準(zhǔn)確度，得出改進(jìn)的模糊控制規(guī)則。仿真結(jié)果表明，該控制模型對(duì)液位響應(yīng)的收斂性較好，液壓超調(diào)量幾乎為0，對(duì)汽車傳動(dòng)控制具有更好的動(dòng)態(tài)性能。

關(guān)鍵詞： PID； 模糊控制； 汽車傳動(dòng)； 液壓控制

中圖分類號(hào)： TN948.2?34； TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）16?0090?04

Abstract： Automotive transmission hydraulic control system is a multi?unit control model of time?varying nonlinear. The traditional fuzzy control algorithm cannot effectively meet the control precision， so a design method of the improved PID algorithm?based hydraulic control model used in the process of automotive transmission is presented. The pressure?flow characteristic equation and the piston motion equation were established according to the hydraulic servo assisted transfer model of automobile transmission. The constraint parameter system for automotive transmission hydraulic control was obtained. The improved PID control strategy is used to adjust the control parameters in real time， and modify the dynamic flow and liquid level to improve the accuracy of hydraulic control. The simulation results show that the control model has good convergence to the liquid level response， the hydraulic overshoot is almost 0， which has better dynamic performance for the vehicle transmission control.

Keywords： PID； fuzzy control； automobile transmission； hydraulic control

0 引 言

汽車傳動(dòng)系統(tǒng)控制是采用液壓伺服機(jī)構(gòu)作為傳動(dòng)系統(tǒng)的多模控制系統(tǒng)，通過控制電液伺服閥調(diào)節(jié)汽車傳動(dòng)液壓的流量和壓力，進(jìn)行汽車傳動(dòng)的齒輪耦合控制，實(shí)現(xiàn)汽車傳動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)持續(xù)穩(wěn)定動(dòng)作。

汽車傳動(dòng)液壓控制系統(tǒng)是一個(gè)時(shí)變非線性的多元控制模型，對(duì)其控制精度和品質(zhì)是保證汽車傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵[1]。隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展，對(duì)控制系統(tǒng)的品質(zhì)和控制精度提出了更好的要求。傳統(tǒng)的控制方法主要有滑膜控制[2]、積分反饋控制和模糊控制[3]。

采用模糊自適應(yīng)控制進(jìn)行汽車傳動(dòng)的液壓缸動(dòng)力學(xué)控制模型設(shè)計(jì)，取得了較好的控制效果，但是傳統(tǒng)的控制方法受到汽車傳動(dòng)液壓系統(tǒng)的二階振蕩和非線性失真等因素的影響，導(dǎo)致控制的收斂性不好，容易導(dǎo)致參量失穩(wěn)和輸出傳動(dòng)量失衡，需要進(jìn)行控制模型改進(jìn)設(shè)計(jì)。針對(duì)這一問題，本文提出一種基于改進(jìn)PID算法的汽車傳動(dòng)過程中的液壓控制模型設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行控制規(guī)則的改進(jìn)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行控制模型的實(shí)驗(yàn)分析，得出有效性結(jié)論，展示了本文控制方法在提高汽車傳動(dòng)液壓控制性能方面的優(yōu)越性。

1 汽車傳動(dòng)液壓控制系統(tǒng)建模

1.1 液壓伺服助力傳遞模型

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車傳動(dòng)過程中的液壓控制模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先分析汽車傳動(dòng)液壓伺服的助力傳遞模型。使用模糊PID控制算法進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。汽車傳動(dòng)的液壓伺服傳遞模型將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)推力、發(fā)動(dòng)機(jī)擺動(dòng)慣性力通過液壓伺服機(jī)構(gòu)傳遞給傳動(dòng)齒輪[4]，推進(jìn)汽車運(yùn)行。汽車傳動(dòng)液壓伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)圖1所示進(jìn)行控制模型分析。首先通過液壓缸輸出液壓流體壓力，進(jìn)行壓力參量自整定性調(diào)整，采用模糊PID控制算法進(jìn)行液壓缸壓力平衡控制和伺服閥電流等參量設(shè)計(jì)，構(gòu)建伺服位置系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，得到汽車傳動(dòng)液壓伺服控制的傳遞函數(shù)表示為：

1.2 液壓控制的控制約束參量自整定計(jì)算

在上述構(gòu)建的液壓伺服助力傳遞模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行液壓控制的控制約束參量自整定計(jì)算[5]，采用模糊PID 雙模控制結(jié)構(gòu)，得到電液伺服控制的容錯(cuò)性反饋參量輸入為：

2 改進(jìn)PID汽車傳動(dòng)液壓控制實(shí)現(xiàn)

2.1 改進(jìn)的模糊自適應(yīng)PID控制器設(shè)計(jì)

在上述對(duì)汽車傳動(dòng)液壓控制被控對(duì)象描述和控制約束參量自整定性分析的基礎(chǔ)上，本文提出一種基于改進(jìn)PID算法的汽車傳動(dòng)過程中的液壓控制模型設(shè)計(jì)方法。構(gòu)建基于改進(jìn)模糊自適應(yīng)PID算法的汽車傳動(dòng)液壓控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。endprint

根據(jù)圖2所示的控制器結(jié)構(gòu)，構(gòu)建PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行汽車傳動(dòng)液壓模糊自適應(yīng)控制，PID分為輸入層、隱含層與輸出層，采用模糊推理規(guī)則[7]，在PID的輸入層輸入液壓控制的控制目標(biāo)參量R（x），根據(jù)液壓閥的工作流量，得到PID模型神經(jīng)元的輸入為：

3 仿真實(shí)驗(yàn)分析

為了測(cè)試本文設(shè)計(jì)的液壓控制模型在實(shí)現(xiàn)汽車傳動(dòng)過程中的液壓控制中的性能，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)建立在Matlab 7.0仿真軟件上，取負(fù)載流量[b1=0.1]，液壓缸流量[b2=-14.6 ]，負(fù)載的彈性剛度[b3=14]，浸入式水口的流量[Δb1=0.05sin（2πt）]，伺服閥流量增益[Δb2=4sin（2πt）]，控制器的液位初始值[x（0）=][[-0.001，0，0]T]，跟蹤期望值[yγ=1]mm，液壓缸負(fù)載的飽和限幅值[uM=5]V，液位高度的基準(zhǔn)信號(hào)為階躍幅度值60的階躍信號(hào)，以此為訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，仿真時(shí)間設(shè)定為30 s。根據(jù)上述仿真參量與環(huán)境設(shè)定，采用常規(guī)的PID控制和本文的改進(jìn)PID控制進(jìn)行汽車傳動(dòng)的液壓控制，得到液位響應(yīng)控制收斂曲線如圖3所示。

分析圖3結(jié)果得知，采用本文設(shè)計(jì)的控制模型對(duì)液位響應(yīng)的收斂性較好，液壓超調(diào)量幾乎為0，對(duì)汽車傳動(dòng)控制具有更好的動(dòng)態(tài)性能，提高了控制品質(zhì)。

4 結(jié) 語

本文提出一種基于改進(jìn)PID算法的汽車傳動(dòng)過程中的液壓控制模型設(shè)計(jì)方法，根據(jù)汽車傳動(dòng)液壓伺服的助力傳遞模型構(gòu)建壓力?流量特性方程和活塞運(yùn)動(dòng)方程，得到汽車傳動(dòng)液壓控制的約束參量體系。采用改進(jìn)的PID控制策略進(jìn)行控制約束參量的實(shí)時(shí)整定調(diào)整，進(jìn)行動(dòng)態(tài)流量和液位修正，提高液壓控制的準(zhǔn)確度，得出改進(jìn)的模糊控制規(guī)則。該控制模型對(duì)液位響應(yīng)的收斂性較好，液壓超調(diào)量幾乎為0，對(duì)汽車傳動(dòng)控制具有更好的動(dòng)態(tài)性能，具有較高的品質(zhì)。

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