基于复合式同步控制策略和模糊PID控制算法的振动打桩机的智能控

中国机械工程第22卷第23期2011年12月上半月

基于复合式同步控制策略和模糊PID控制算法的

振动打桩机的智能控制器研究

汤炳新暋王小虎暋麻岳军暋王雪琴暋朱灯林

河海大学,常州,213022

摘要:将同步控制思想应用在振动打桩机中,实现在线无级调频调矩,从而提高打桩效率。针对电液伺服系统存在的非线性、时变性以及模型不确定性等特点,利用单片机的计算优势,融合复合式同步控制策略和模糊控制理论,构成一种智能型模糊P模糊PID参数同步控制系统。实验结果表明:ID控制器可以改善系统的动态特性,控制效果明显优于常规PID控制器。

关键词:振动打桩机;复合式同步控制策略;模糊P单片机ID控制;)中图分类号:TP214暋暋暋文章编号:1004—132X(201123—2798—04

ResearchonIntellientControllerofVibratorileDriversBasedongyP

ComositeSnchronizationControlSchemeandFuzzIDControlAalorithmpyyPgTaninxin暋Waniaohu暋MaYueun暋Wanuein暋ZhuDenlingBggXjgXqg

,,,HohaiUniversitChanzhouJiansu213022ygg

:AbstractToimrovetheefficiencfpiledrivinndachievestelessfreuencndtorueonpyogapqyaq灢,linereulationaschemeofsnchronizedcontrolwasusedinthecontrolofvibratoriledrivers.Ingyyp

viewofnonlinearandtimevarinharacteristicsoftheelectro-hdraulicservosstem,anintelliygcyy灢

,entsnchronizedcontrolsstemwithfuzzIDparameterswasdeveloedtakinalculationaladgyyyPpgc灢

(vantaesofsinle-chiicrocomuterSCM)andcomromisinomositesnchronizationcontrolggpmppgcpy

schemeandfuzzontroltheories.ExerimentalresultsindicatethatthefuzzIDcontrollercanimycpyP灢rovethednamiccharacteristicsanditscontroleffectisbetterthanthatofconventionalPIDcontrolpy灢ler.

:;;;KeordsvibratoriledrivercomositesnchronizationcontrolschemefuzzIDcontrolyppyyPyw

sinle-chiicrocomutergpmp

0暋引言

液压振动打桩机是一种广泛用于城市建设、

]2

;响[采用自主开发的以C8051F410为处理器的

微机控制器实现系统的智能化控制。

桥梁、港口等各种基础施工工程的沉拔桩施工机械。随着液压振动桩机在工程领域应用的日益扩大,国内落后的振动桩锤理论和不成熟的产品已经无法满足市场的需求。柴油机式打桩机和静压

]1

式打桩机[不仅设备庞大、操作复杂、设备易损

1暋双电液伺服马达同步控制系统及工作

原理

暋暋双液压伺服马达同步控制系统及工作原理如图1所示,系统主要包括电控柜、液压系统和机械伺服放大板2和3、传感器1开关按钮组3和14、

坏、维修不方便,而且不能实现无级的调频调矩,已远远满足不了现在的施工要求。本文提出将液压伺服系统的同步控制思想应用于偏心块式振动机械中,振动打桩机可以利用偏心块旋转产生的离心力进行打桩,这种方法能对打击力进行无级的调频调矩,从而实现高效打桩。因此,双电液压伺服马达同步控制问题是项目研究的关键。

为实现马达的同步控制,本文提出复合式同步控制方案,即基于模糊P解决液ID控制理论,压系统的泄漏、执行元件的非线性等因素的影

收稿日期:2010—12—27

)基金项目:水利部公益性行业科研专项(20071033

结构系统三部分。电控柜系统由微机控制器1、数据采集卡2液压系统主要由伺服25、6等组成;泵4和2阀5和2马达6和24、2、1以及散热器23等组成;机械结构系统主要是打桩头内部构造

。

图1暋双液压伺服马达同步控制系统结构图

·2798·

暋暋PID液压同步振动打桩机的工作原理如下:利用马达6和2两个从动1带动两个主动轴7和19旋转,、轴10和16通过两对齿轮8和1117和20连接作反向的同步转动,在每组主从动轴上各装有一对大主从动轴上的两组偏心块同6和21同时旋转时,

速反向旋转,横向离心力相互抵消,而垂直方向的离心力则叠加,产生垂直方向的激振力。通过改变两个马达的转速实现激振频率的控制,改变两个马达的相位差实现激振力的大小控制。

、、。当马达小相同方向相反的偏心块91215和18

制的特点。在复合同步控制方式中,主从动马达能够很好的跟踪系统的输入信号,同时还能根据主从动马达的同步误差对从动马达进行微调,使从动马达紧紧跟踪主动马达,从而实现高精度的同步控制。该同步控制方式具备等同控制方式和主从控制方式的优点,能使同步精度大大提高。

3暋模糊PID控制

模糊控制的过程实质上是模糊控制算法的过程。模糊P模糊控制规ID控制一般由模糊化、

暋双电液伺服马达系统同步控制策略

对于由两个电液伺服系统分别驱动的两组偏心块系统来说,一般的同步控制是以两个伺服系统输出的相位差为一定值(即同步)作为控制目标,因此,同步控制一般有两种基本形式,即“等同

方式暠和“主从方式暠[3

]液压马达能很好地跟踪参考速度。在等同控制方式中,但因为不同的,两个

阀控马达系统的动态性能不一致,并受到负载干扰和噪声干扰等诸多因素的影响,难以保证两马达的同步控制精度;在等同控制方式中,从动马达能很好的跟踪主动马达,但不能快速的响应参考速度。针对以上缺点,本文提出复合式同步控制策略。

复合式同步控制系统方框图如图同时具备同步控制方案和主从控制方案的优点2所示,它

。复合式同步控制策略采用双层嵌套的方式控制偏心力矩和频率,内层控制器实现对速度的控制,外层采用复合式控制方式控制相位差。系统的输入信号(参考速度)同时作用于两个通道,从输入形式来看,这种同步控制方式属于等同方式控制。作用在从动马达上的控制信号由两部分组成,除了系统的输入信号外,还有一个附加的输入信号,该信号的作用是消除在等同方式下,主从动马达子系统特性不一致所产生的速度误差和相位同步误差,从这一点看,

该同步控制方式又具有主从控

图2暋复合式同步控制系统方框图

则、模糊推理和去模糊化4个环节来实现[4飊5

]结构框图如图3所示。从图,其

误差(e3结构框图可以看

出,入量,比例因子)、误差变化率(P制器的输)、(ec)是模糊控制器的输

出积分因子。在双电(I液)、伺微分因子服马达(D是模糊控)中,液压马达的额定转速为基本论域为[域为[-440ra-d/2s20,4r4a0dr/asd,2000/2s

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