基于動(dòng)態(tài)pid控制的液粘調(diào)速離合器控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及液粘調(diào)速離合器的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 液粘調(diào)速離合器是在二十世紀(jì)屯十年代發(fā)展起來(lái)并得到廣泛應(yīng)用的新型傳動(dòng)裝 置。它依靠液體的粘性和油膜的剪切作用傳遞轉(zhuǎn)矩和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，通過(guò)調(diào)節(jié)控制油壓改變主、 從動(dòng)摩擦片之間的油膜厚度即壓緊程度，從而在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速不變的條件下，實(shí)現(xiàn)從動(dòng)軸轉(zhuǎn) 速無(wú)級(jí)調(diào)速。液粘調(diào)速離合器主要應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水累、帶式輸送機(jī)W及特種船舶動(dòng)力等場(chǎng) 合，如圖1所示，液粘調(diào)速離合器90的調(diào)速控制系統(tǒng)主要由電液比例閥91、轉(zhuǎn)速傳感器92、電 控器93等組成，其中電控器93是液粘調(diào)速離合器調(diào)速控制系統(tǒng)的核屯、，其采用PID控制方法 對(duì)液粘調(diào)速離合器90的從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0003] 電控器將從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)與目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行比較，將得到的誤差值進(jìn)行 處理，再經(jīng)過(guò)積分放大，去控制電液比例閥的溢流量，使液粘調(diào)速離合器獲得對(duì)應(yīng)的控制油 壓，從而獲得所需要的輸出轉(zhuǎn)速。電液比例閥是電控器直接控制的對(duì)象，閥的溢流量與輸入 電流成正比，可連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)控制油路的壓力。
[0004]目前傳統(tǒng)的PID控制方法，在被控制對(duì)象所在工況發(fā)生變化W及其自身大幅度變 化時(shí)存在動(dòng)態(tài)響應(yīng)差、易引起超調(diào)、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)、容易廣生震蕩等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、不易引起超調(diào)、調(diào)節(jié)時(shí)間 短、不容易產(chǎn)生震蕩的基于動(dòng)態(tài)PID控制的液粘調(diào)速離合器控制方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[0007]基于動(dòng)態(tài)PID控制的液粘調(diào)速離合器控制方法，包括W下步驟：
[000引a、根據(jù)液粘調(diào)速離合器的從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速大小確定運(yùn)行工況，如果從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速小于等 于預(yù)設(shè)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，則判斷液粘調(diào)速離合器處于啟動(dòng)狀態(tài)，并轉(zhuǎn)到步驟b，如果從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 大于預(yù)設(shè)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，則判斷液粘調(diào)速離合器處于運(yùn)行狀態(tài)，并轉(zhuǎn)到步驟e;
[0009]b、在液粘調(diào)速離合器處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，將液粘調(diào)速離合器的目標(biāo)控制油壓設(shè)置為 給定值r(t)，將采集的實(shí)際控制油壓設(shè)置為反饋值y(t);
[0010]C、設(shè)置啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)的油壓PID參數(shù)Kps、Ki沸Kds，其中，Kps為啟動(dòng)比例系數(shù)，Kis為啟 動(dòng)積分系數(shù)，Kds為啟動(dòng)微分系數(shù)； 'tS
[0011]d、根據(jù)PID控制公式!'W-A'/.s仍十^,'.sZcW+反W-奶-沖進(jìn)行PID輸出 ：/-0. 量11(1：)的計(jì)算，其中，13為啟動(dòng)狀態(tài)結(jié)束的時(shí)刻，6(1：)=1'(1：)-7(1：);
[0012] e、在液粘調(diào)速離合器處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，將液粘調(diào)速離合器的從動(dòng)軸的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè) 置為給定值r(t)，將檢測(cè)到的實(shí)際從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速值設(shè)置為反饋值y(t);
[OOU]f、設(shè)置運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)速PID參數(shù)Kpd、Kid和Kdd;其中，Kpd為運(yùn)行狀態(tài)比例系數(shù)，Kid 為運(yùn)行狀態(tài)積分系數(shù)，Kdd為運(yùn)行狀態(tài)微分系數(shù);Kpd和Kid的值均根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化而動(dòng)態(tài)變 化； t
[0014]g、根據(jù)PID控制公式"〇) = .(令)+《,"(品"2+ 叫./))+K""令-r)]進(jìn)行 化+1' PID輸出量U(t)的計(jì)算，其中，6(1：)=1'(1：)-7(1：);511111=(11(13)-虹0*6(13 + 1)-1(〇0[6(13 + 1)-e(ts)])/KiD，u(ts)為啟動(dòng)狀態(tài)結(jié)束時(shí)刻的PID輸出量。
[0015]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明至少具有W下技術(shù)效果：
[0016] 1、由于液粘調(diào)速離合器的從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速在運(yùn)行中變化范圍相當(dāng)大，為保證其在啟動(dòng) 過(guò)程中不受沖擊，本申請(qǐng)?jiān)谝赫痴{(diào)速離合器處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)控制對(duì)象設(shè)定為控制油壓，而 在液粘調(diào)速離合器處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)將控制對(duì)象設(shè)定為從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，并且根據(jù)不同的從動(dòng)軸 轉(zhuǎn)速，設(shè)置不同的PID參數(shù)，從而達(dá)到避免超調(diào)、縮短調(diào)節(jié)時(shí)間、減少震蕩的效果；
[0017]2、本申請(qǐng)?jiān)谶\(yùn)行狀態(tài)的積分項(xiàng)中，添加了運(yùn)行狀態(tài)初始化誤差累積值，從而實(shí)現(xiàn) 了啟動(dòng)狀態(tài)切換到運(yùn)行狀態(tài)時(shí)PID輸出量u(t)的無(wú)揉動(dòng)切換；
[0018] 3、在發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施中，本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)PID控制的液粘調(diào)速離合器控制方法 還對(duì)誤差項(xiàng)e(t)處理、比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)做了處理，W減小抖動(dòng)，減少振蕩，保證PID 控制能夠穩(wěn)定運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1示出了液粘調(diào)速離合器調(diào)速控制系統(tǒng)的示意圖。
[0020] 圖2是常規(guī)的PID控制原理框圖。
[0021] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的液粘調(diào)速離合器控制方法的變控制對(duì)象的流程 不意圖。
[0022] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的液粘調(diào)速離合器控制方法的設(shè)置動(dòng)態(tài)PID參數(shù) 的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024] 常規(guī)的PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。該控制系統(tǒng)由PID控制器和被控對(duì)象組 成。其中r(t)是給定值，y(t)是系統(tǒng)的反饋值，給定值與反饋值構(gòu)成控制偏差e(t)=r(t)-y (t);e(t)作為PID控制器的輸入，u(t)作為PID控制器的輸出和被控對(duì)象的輸入，所WPID控 制器的控制規(guī)律為：
[0026] 其中Kp為控制器的比例系數(shù)，Ki為控制器的積分系數(shù)，Kd為控制器的微分系數(shù)。
[0027] 常規(guī)的PID控制中，一旦PID控制器的參數(shù)確定，它將僅與當(dāng)前指定被控對(duì)象匹配， 當(dāng)被控對(duì)象不發(fā)生時(shí)變時(shí)，該P(yáng)ID控制器可W獲得非常好的控制效果。但現(xiàn)實(shí)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中， 很多被控對(duì)象在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)發(fā)生緩慢的時(shí)變W及受到不確定性的干擾，靜態(tài)PID控制 器由于其無(wú)法實(shí)現(xiàn)參數(shù)的自整定而與當(dāng)前時(shí)變對(duì)象進(jìn)行最佳匹配，從而可能導(dǎo)致控制性能 嚴(yán)重變差。
[0028]請(qǐng)參閱圖3和圖4。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的基于動(dòng)態(tài)PID控制的液粘調(diào)速離合器控 制方法，包括W下步驟：
[0029]a、根據(jù)液粘調(diào)速離合器的從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速大小確定運(yùn)行工況，如果從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速小于等 于預(yù)設(shè)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，則判斷液粘調(diào)速離合器處于啟動(dòng)狀態(tài)，并轉(zhuǎn)到步驟b，如果從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 大于預(yù)設(shè)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，則判斷液粘調(diào)速離合器處于運(yùn)行狀態(tài)，并轉(zhuǎn)到步驟e;
[0030]b、在液粘調(diào)速離合器處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，將液粘調(diào)速離合器的目標(biāo)控制油壓設(shè)置為 給定值r(t)，將采集的實(shí)際控制油壓設(shè)置為反饋值y(t);
[00川 C、設(shè)置啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)的油壓PID參數(shù)Kps、Ki沸Kds,其中，Kps為啟動(dòng)比例系數(shù)，Kis為啟 動(dòng)積分系數(shù)，Kds為啟動(dòng)微分系數(shù)；
[00創(chuàng) d、根據(jù)PID控制公式M(貧=發(fā)描.雌)+友-+ f戰(zhàn)[雌)-與-孫進(jìn)行PID輸出量 扣。 u(t)的計(jì)算，其中，ts為啟動(dòng)狀態(tài)結(jié)束的時(shí)刻，e(t)=r(t)-y(t);
[0033]e、在液粘調(diào)速離合器處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，將液粘調(diào)速離合器的從動(dòng)軸的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè) 置為給定值r(t)，將檢測(cè)到的實(shí)際從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速值設(shè)置為反饋值y(t);
[0034] f、設(shè)置運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)速PID參數(shù)Kpd、Kid和Kdd;其中，Kpd和Kid的值均根據(jù)轉(zhuǎn)速的 變化而動(dòng)態(tài)變化：
[0035] 當(dāng)從動(dòng)軸的目標(biāo)轉(zhuǎn)速小于預(yù)設(shè)的第一轉(zhuǎn)速時(shí)：
[0036] KpD=(aX200/MainSpeed+b)Kp;KiD=kX200/MainSpeed+d)Ki;KDD=KD;
[0037]當(dāng)從動(dòng)軸的目標(biāo)轉(zhuǎn)速大于預(yù)設(shè)的第二轉(zhuǎn)速時(shí)：
[003引Kpd= (a+b)Kp;Kid= (c+d)Ki;Kdd=Kd;
[0039]當(dāng)從動(dòng)軸的目標(biāo)轉(zhuǎn)速大于等于預(yù)設(shè)的第一轉(zhuǎn)速并且小于等于預(yù)設(shè)的第二轉(zhuǎn)速時(shí)：
[0040] Kpd=(aXDestnationSpeed/MainSpeed+b)Kp；
[0041 ]Kid= (^cXDestnationSpeed/MainSpeed+d)Ki;
[0042]Kdd=Kd;
[0043] 其中，Kpd為運(yùn)行狀態(tài)比例系數(shù)，Kid為運(yùn)行狀態(tài)積分系數(shù)，Kdd為運(yùn)行狀態(tài)微分系數(shù)； Kp為預(yù)設(shè)比例常數(shù);Ki為預(yù)設(shè)積分常數(shù);Kd為預(yù)設(shè)微分常數(shù);a、b、c和d為預(yù)設(shè)的加權(quán)系數(shù)； MainSpeed為液粘調(diào)速離合器的主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，DestnationSpeed為液粘調(diào)速離合器的從動(dòng)軸 的目標(biāo)轉(zhuǎn)速;第一轉(zhuǎn)速為液粘調(diào)速離合器的主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的10%~20%，第二轉(zhuǎn)速為液粘調(diào) 速離合器的主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的80%~90%; t
[0044]g、根據(jù)PID控制公式!'(〇 =公,。"Z叫./)) +於['飾-(?心-0]進(jìn)行 /=拉+ 1 PID輸出量U(t)的計(jì)算，其中，6(1：)=1'(1：)-7(1：);511111=(11(13)-虹0*6(13 + 1)-1(〇0[6(13 + 1)-e(ts)])/KiD，u(ts)為啟動(dòng)狀態(tài)結(jié)束時(shí)刻的PID輸出量，ts+1為運(yùn)行狀態(tài)開始的時(shí)刻，e(ts+ 1)為ts+1時(shí)刻的誤差值。Kpd? e(t)為運(yùn)行狀態(tài)比例項(xiàng)，KDD[e(t)-e(t-l)]為運(yùn)行狀態(tài)微分 項(xiàng)。
[0045] 如果直接將啟動(dòng)狀態(tài)切換至運(yùn)行狀態(tài)，那么其PID參數(shù)、誤差項(xiàng)e(t)都可能會(huì)出現(xiàn) 突變，此時(shí)PID輸出量u(t)也會(huì)出現(xiàn)突變，導(dǎo)致最終控制對(duì)象從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速出現(xiàn)失控。為保證 從啟動(dòng)狀態(tài)切換至運(yùn)行狀態(tài)的切換過(guò)程中PID輸出量u(t)的無(wú)揉動(dòng)切換，本申請(qǐng)?jiān)谶\(yùn)行狀 態(tài)的積分項(xiàng)中，添加了運(yùn)行狀態(tài)初始化誤差累積值Sum,從而實(shí)現(xiàn)了PID輸出量u(t)的無(wú)揉 動(dòng)切換。
[0046] 在本實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速為100~300轉(zhuǎn)/分鐘。1000非PS< 5000,10 < Kis< 100,0<Kds< 1;1000 <Kp< 5000，10<Ki< 100,0<Kd<l;a、b、c和d均大于0小于等于 5。
[0047] 在一個(gè)更加具體的實(shí)施例中，啟動(dòng)轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘，Kps= 3000，Kis= 20，Kds= 0; & = 2000，1(1 = 10，時(shí)=0;曰=2,6 = 1，。，和(1均等于1，主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分鐘。第一轉(zhuǎn)速 為液粘調(diào)速離合器的主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的15%，第二轉(zhuǎn)速為液粘調(diào)速離合器的主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的 85%。
[0048] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在上述的步驟b