2021.11理论算法
拉丝模激光打孔机
陈亮，洪震
(泸州职业技术学院机械工程学院，四川泸州，646000)
摘要：电液伺服系统的驱动方式以液压驱动为主，在系统中引入控制器后，可以显著提高系统的动态性能，实现高精度的稳定运动，被广泛应用在机械加工、船舶制造、机器人技术、航空航天等领域。本文通过AMESim和Simulink的联合仿真搭建了一类典型电液伺服系统的模型，构造模糊PID控制器算法，实现了电液伺服系统的高精度稳定运行。
关键词：电液伺服系统；AMESim：模糊PID
The Fuzzy PID Controller Design of Electro-hydraulic Servo System
Chen Liang,Hong Zhen
(School of Mechanical Engineering,Luzhou Vocational and Technical College,Luzhou Sichuan,646000)
Abstract；The electro-hydraulic servo system is drove mainly by hydraulic.After the controller is introduced into the system,the dynamic performance of the system can be significantly improved, and high-precision and st a ble motion can be achieved.It is widely used in machining,shipbuilding,and robotics,Aerospace and other fields・In this paper,a model of a typical electro-hydraulic servo system is established through AMESim and Simulink soft,the fuzzy PID controller algorithm is constructed,and the high-precision and stable operation of the electro-hydraulic servo system is realized.
Keywords；electro—hydraulic servo system;AMESim;fuzzy PID
o引言
机电液一体化系统广泛应用在需要力矩较大的场合，如各自机械加工机床、航天器械、工程机械、农业机器等。但是还有一些场合对运动或动力精度要求较高，在这些场合精度较低的机电液系统就无法达到要求，而电液伺服系统恰好弥补了这个空缺电液系统一般包括比较器、放大器、转化元件、执行器、传感检测元件等。设计电液系统时可以用AMESim软件对电液伺服系统进行建模，设计控制算法，优化参数，以达到实际需要的运动精度⑻。AMESim软件中有机械系统、流体系统、信号处理系统等皿。其中流体系统包括液压泵、液压阀、液压缸等。液压泵有定量泵、变量泵、柱塞泵等。液压 阀包括单向阀、溢流阀、三位四通方向阀、二位四通方向阀、电动方向阀、液动方向阀等。液压缸包括单作用液压缸、双作用液压缸、带负载的液压缸等。信号处理系统包括信号发生器、传递函数、放大器、函数块、滤波器等。其中信号发生器可以输出方波、正弦波、三角波、锯齿波、白噪声等。传递函数是系统复数形式的数学模型。放大器对信号按比例进行放大。函数块可以自定义函数。滤波器可以设置为低通滤波、高通滤波、带通滤波等。AMESim包含多种不同领域的元件模块，能够轻松直观的搭建系统的仿真模型，而且修改模型参数也非常便利，避免了复杂繁琐的数学公式，更加注重系统的物理特性和数学属性。
Simulink环境是图形窗口式的，可以用来搭建连续或离散系统的数学模型。可以利用Simulink环境建立PID控制算法，再和AMESim联合仿真冈。具体的先编译接口块生成接口文件，再用接口文件连接AMESim和Simulink即可。在控制算法方面，随着数字计算机的发展，经典的数字PID控制算法被应用于各种场合，已经非常成熟。目前有有关PID算法的研究正朝着智能化、鲁棒化、先进化方向发展。如曹昌勇等在汽车减振性能检测方面，运用模糊PID技术，使系统达到了较高的稳定性。
1电液伺服系统数学模型
电液伺服系统的主要元件为伺服液压阀和伺服液压缸。
伺服液压阀可以简化为二阶振荡环节。其传递函数如式(1)所述。
G s2+s+w (2)
其中，K为伺服液压阀的流量增益，w”为伺服阀的固有频率，S为伺服液压阀的阻尼比。伺服液压缸的传递函数为
关X厂予CF.
(1)
关闭起重装置°=-^s3+D s2+E s+^
Q=^+竺
舜4阳；
E=l+瞥+半
(2)
K
基金项目：泸州市科技计划项目“电液融合关键元件仿真优化研究(2020-JYJ-33)”。
ELECTRONIC
TEST
式中，Ap为活塞有效面积；0e为有效体积弹性模量；F为负载力；K为负载弹性刚度；Kq为流量增益；Bp为粘性阻尼系数；mt为活塞及负载折算到活塞上的总质量；Kce为总流量-压力系数。
2模糊PID控制器设计
传统PID控制器器主要包括比例、微分和积分项，其控制规律为
M(0=k p e(t)+*[e(t)dt+攀(3)
传统的PID控制依赖于精确的数学模型，但实际系统的参数及结构并不是固定不变的，且系统还会受到外部扰动的影响，因此传统的PID无法满足参数和结构变化的系统。为弥补传统的PID的本文设计了一种模糊PID控制算法。模糊控制是根据人们的经验进行推理表达，主要包括模糊化、模糊推理、去模糊化三个部分。模糊推理是模糊控制的关键。模糊PID是模糊控制理论和PID控制的结合，本质上是
通过模糊控制规则来在线自我调整Kp、Ki、Kd，即系统误差、误差变化率与PID控制器的三个参数Kp、Ki、Kd对应关系。
如图1所示本文釆用二维模糊控制器，即模糊控制器的输入分别是液压缸的位移误差和液压缸的位移误差的变化
率,r为液压缸理想的位移,y为实际的位移。模糊集均为｛负大、负中、负小、零、正小、正中、正大｝，记为｛NB、NM、NS、Z、PS、PM、PB｝o
图1模糊PID控制器
模糊推理的依据模糊控制规则表如表1所述。
表1模糊控制规则表
条件结果
液压缸位移过大先减小Kp，减小Ki
液压缸位移过小先增大Kp，增大Ki
液压缸速度过大先增大Ki，再增大Kp
液压缸速度过小先减小Ki，再减小Kp
液压缸加速度过大减小Kd
液压缸加速度过小增大Kd
3电液伺服系统的仿真
图2为典型电液伺服系统AMESim模型。其中液压泵为定量泵。液压阀为三位四通液压阀。液压缸为带负载的单作用液压缸。液压缸的位置由位移传感器测量。传感器的测量结果输入到比例阀，信号经过比例放大，输入到搭建好模糊PID 控制算法的Simlink模型。模型的输出驱动伺服阀。
设置液压缸的运动目标为移动lm。输入各模型参数，运行Simulink模型。运行结果如图3所示。
vvvar I ix_xi w
动动网图2电液伺服系统AMESim模型
图3液压缸位移控制效果
从图3可以看出液压缸实际运动从初始0位置快速上升到目标位置lm。模糊PID控制在达到目标位置前有波动，但很快可以达到目标位置。且进入稳态阶段后系统的稳定性也非常可靠。但传统的PID控制达到目标的位置的时间较长。综上所述，相比于传统PID，模糊PID在快速性和稳定性方面更加优良，本设计达到了预期的设计目标。
4结束语
msinfo本文运用AMESim软件搭建了电液伺服系统的模型，在Simulink中设计模糊PID控制算法，通过接口技术将AMESim 模型与控制算法相连接。通过调整算法参数使系统达到了预期的控制目标，为电液伺服系统的建模和控制提供了理论依据，可作为其他系统控制的参考。
参考文献
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(下转第48页)
申耳测说
检测的准确率。当前帧图像与背景图像做差分，从而实现动态目标检测。 通过前景检测获得动态目标，然后进行火焰识别，从而实现火灾检测。火灾图像中的火焰的颜是一个非常显著的特征，火焰的颜特征是独特的，不同的物质燃烧会产生不一样的颜，另外不同的环境也会产生不同的颜，所以就需要一个特定的颜特征模型。
利用大量火灾图像中的火焰区域和非火焰区域的像素
点进行分析总结，从而得出彩分布的规律。本文在RGB和HIS两个颜空间建立颜特征模型。对于RGB空间来说：火焰区域的红像素值都大于一定的红平均值；红的像素值大于绿的像素值，绿的像素值大于蓝的像素值；各颜的像素之比都在一定范围之内切。模型主要参数为：R
[N
通道红光像素平均值：Ry=寺£尺3，必)，绿光与红光比
1=1
例：P”器T'蓝光与红光比例：S=加1、绿光与蓝光比例：”"=&驚需，判断条件为：R(x,y)>j R{x,y)>G(x,y)>B{x,y),a,<p G X、a2<p B R<02,«3<P b.g<>其中(x,y)表示图像像素点的位置，R(x,yy)> G(x,y)、B(x,y)分别表示为RGB空间的值，K为总像素点数, J是红像素点的平均值，％、Q2、Q3和G为阈值。对于HIS空间：无论在较亮还是较暗的背景下，红黄火焰的调H取值较小；在火灾燃烧比较明亮的情况或在燃烧比较暗的情况中，饱和度S取值较小，亮度I取值较大[2].具体描述为："1<；日<；屈、％W02、"1、％、%、A、02、A为阈值。当同时满足以上两个条件时判断为火焰像素点，把火焰像素点置为255，非火焰像素点为0，从而得到火焰区域的的掩摸图像。
在火焰检测时可能会产生噪声，这使得图像中还可能含有一些独立的噪声点或不连通的区域。形态学图像处理中开运算能去除图像中的孤立点、毛刺，并且可以平滑图像的边缘，使断续的区域连通起来，同时可以还保证目标的位置和整体形状不变。首先对掩模图像进行开运算，去除图像中噪声，然后进行连通域检测，并根据火焰连通域大小，去除面积较小的区域，从而检测出火焰区域轮廓。当视频图像中连续多帧检测出火焰，则判断发生火灾。4火灾检测实验
本检测算法检测结果受到等多种因素的影响，为探究这些因素对火焰检测结果的影响，本文论文从多
个场景进行了实验分析。通过实验本文算法能够实现火焰区域的检测，该系统对火灾检测的效果较好。检测准确率都达到了90%左右，但是由于场景不同，复杂度高的场景检测准确率较低，晚上和室内场景检测准确率相对于较高。
1(a)原图像1(b)检测后图像
图1火焰检测效果图
如图1为火焰检测效果图，图1(a)为检测前原图像，图1(b)为检测后图像，从图中可以看出镜面火焰影像也能被检测出，系统性能较好，但不适应于有火焰影像的特定场景，应联合温度和烟雾传感器提高火焰检测的精确度。由于该模型是通过大量实验总结而来的，在实际应用的时候，需要根据不同的环境，对各参数进行调整，从而提高准确率。
5结论
本算法首先对釆集到的图像进行预处理，去除图像噪声和增强图像，釆用高斯背景建模检测图像前景区域。并在两种颜空间中提取颜特征模型，通过设置适合的阈值，提取出满足阈值条件的火焰区域，进而获得火焰区域的掩模图像。然后对图像做开运算操作，去除一些噪声点及毛刺，使图像变得平滑，从而实现火灾检测。经实验验证本算法具有较好的实时性、工程性和应用性。
参考文献
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钙粉加工生产线
18(01):1-6.
作者简介
张汝峰，硕士，讲师，研究方向：计算机视觉、图像处理。
通讯作者：冯鑫鑫，硕士，讲师，研究方向：偏微分方程数值解法。
(上接第52页)
⑷高晓勇.基于AMESIM的掘进机液压控制系统的优化研
移动管式喷砂机
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