基于改進PID算法的汽車傳動過程中的液壓控制模型設計

徐立平　傅鶴川

摘 要： 汽車傳動液壓控制系統是一個時變非線性的多元控制模型，傳統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PID算法的汽車傳動過程中的液壓控制模型設計方法。根據汽車傳動液壓伺服的助力傳遞模型構建壓力?流量特性方程和活塞運動方程，得到汽車傳動液壓控制的約束參量體系。采用改進的PID控制策略進行控制約束參量的實時整定調整，進行動態流量和液位修正，提高液壓控制的準確度，得出改進的模糊控制規則。仿真結果表明，該控制模型對液位響應的收斂性較好，液壓超調量幾乎為0，對汽車傳動控制具有更好的動態性能。

關鍵詞： PID； 模糊控制； 汽車傳動； 液壓控制

中圖分類號： TN948.2?34； TP273 文獻標識碼： A 文章編號： 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

汽車傳動系統控制是采用液壓伺服機構作為傳動系統的多模控制系統，通過控制電液伺服閥調節汽車傳動液壓的流量和壓力，進行汽車傳動的齒輪耦合控制，實現汽車傳動伺服機構持續穩定動作。

汽車傳動液壓控制系統是一個時變非線性的多元控制模型，對其控制精度和品質是保證汽車傳動系統穩定可靠的關鍵[1]。隨著智能控制技術的發展，對控制系統的品質和控制精度提出了更好的要求。傳統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]。

采用模糊自適應控制進行汽車傳動的液壓缸動力學控制模型設計，取得了較好的控制效果，但是傳統的控制方法受到汽車傳動液壓系統的二階振蕩和非線性失真等因素的影響，導致控制的收斂性不好，容易導致參量失穩和輸出傳動量失衡，需要進行控制模型改進設計。針對這一問題，本文提出一種基于改進PID算法的汽車傳動過程中的液壓控制模型設計方法，進行控制規則的改進設計，并進行控制模型的實驗分析，得出有效性結論，展示了本文控制方法在提高汽車傳動液壓控制性能方面的優越性。

1 汽車傳動液壓控制系統建模

1.1 液壓伺服助力傳遞模型

為了實現對汽車傳動過程中的液壓控制模型的優化設計，首先分析汽車傳動液壓伺服的助力傳遞模型。使用模糊PID控制算法進行控制器設計。汽車傳動的液壓伺服傳遞模型將汽車發動機推力、發動機擺動慣性力通過液壓伺服機構傳遞給傳動齒輪[4]，推進汽車運行。汽車傳動液壓伺服控制系統結構如圖1所示。

根據圖1所示進行控制模型分析。首先通過液壓缸輸出液壓流體壓力，進行壓力參量自整定性調整，采用模糊PID控制算法進行液壓缸壓力平衡控制和伺服閥電流等參量設計，構建伺服位置系統的數學模型，得到汽車傳動液壓伺服控制的傳遞函數表示為：

1.2 液壓控制的控制約束參量自整定計算

在上述構建的液壓伺服助力傳遞模型基礎上，進行液壓控制的控制約束參量自整定計算[5]，采用模糊PID 雙模控制結構，得到電液伺服控制的容錯性反饋參量輸入為：

2 改進PID汽車傳動液壓控制實現

2.1 改進的模糊自適應PID控制器設計

在上述對汽車傳動液壓控制被控對象描述和控制約束參量自整定性分析的基礎上，本文提出一種基于改進PID算法的汽車傳動過程中的液壓控制模型設計方法。構建基于改進模糊自適應PID算法的汽車傳動液壓控制器的系統結構框圖如圖2所示。endprint

根據圖2所示的控制器結構，構建PID神經網絡結構，進行汽車傳動液壓模糊自適應控制，PID分為輸入層、隱含層與輸出層，采用模糊推理規則[7]，在PID的輸入層輸入液壓控制的控制目標參量R（x），根據液壓閥的工作流量，得到PID模型神經元的輸入為：

3 仿真實驗分析

為了測試本文設計的液壓控制模型在實現汽車傳動過程中的液壓控制中的性能，進行仿真實驗分析。實驗建立在Matlab 7.0仿真軟件上，取負載流量[b1=0.1]，液壓缸流量[b2=-14.6 ]，負載的彈性剛度[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，液壓缸負載的飽和限幅值[uM=5]V，液位高度的基準信號為階躍幅度值60的階躍信號，以此為訓練樣本數據，仿真時間設定為30 s。根據上述仿真參量與環境設定，采用常規的PID控制和本文的改進PID控制進行汽車傳動的液壓控制，得到液位響應控制收斂曲線如圖3所示。

分析圖3結果得知，采用本文設計的控制模型對液位響應的收斂性較好，液壓超調量幾乎為0，對汽車傳動控制具有更好的動態性能，提高了控制品質。

4 結 語

本文提出一種基于改進PID算法的汽車傳動過程中的液壓控制模型設計方法，根據汽車傳動液壓伺服的助力傳遞模型構建壓力?流量特性方程和活塞運動方程，得到汽車傳動液壓控制的約束參量體系。采用改進的PID控制策略進行控制約束參量的實時整定調整，進行動態流量和液位修正，提高液壓控制的準確度，得出改進的模糊控制規則。該控制模型對液位響應的收斂性較好，液壓超調量幾乎為0，對汽車傳動控制具有更好的動態性能，具有較高的品質。

參考文獻

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