[发明专利]一种压电精密气体流量阀的复合控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种压电精密气体流量阀的复合控制系统及方法，该系统包括：前馈补偿控制器，采用改进PI迟滞模型的逆模型作为前馈补偿控制器，所述的前馈补偿控制器的输入为压电精密气体流量阀的目标流量，输出为补偿控制电压；模糊自适应PID反馈控制器，所述的模糊自适应PID反馈控制器的输入为压电精密气体流量阀的目标流量与实际流量的误差以及误差变化率，输出反馈控制电压；累加驱动控制器，用于将所述的前馈补偿控制器输出的补偿控制电压和模糊自适应PID反馈控制器输出的反馈控制电压累加作为压电精密气体流量阀的输入电压控制其运行。与现有技术相比，本发明具有控制精度高、响应速度快等优点。

技术领域

本发明涉及精密气体流量阀控制技术领域，尤其是涉及一种压电精密气体流量阀的复合控制系统及方法。

背景技术

随着气动技术的发展，气体精密控制在智能机器人、工业自动化、医疗机械等领域的应用越来越多，对气体流量控制技术的要求也越来越高。采用压电双晶片作为驱动器的压电精密气体流量阀具有功耗低、位移大响应速度快等一系列优点，但在实际应用中，压电双晶片材料自身固有的迟滞等非线性特以及气体流动的复杂因素会导致压电驱动气体流量阀存在控制精度变差、响应速慢等问题。

随着气体流量控制的广泛应用，针对压电驱动精密气体流量阀，考虑压电陶瓷材料的迟滞非线性，对气体流量阀进行建模及控制研究，以提高气体流量阀的控制效率和精度，对实现高精度气体流量控制具有一定的理论价值与研究意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种压电精密气体流量阀的复合控制系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种压电精密气体流量阀的复合控制系统，该系统包括：

前馈补偿控制器，采用改进PI迟滞模型的逆模型作为前馈补偿控制器，所述的前馈补偿控制器的输入为压电精密气体流量阀的目标流量，输出为补偿控制电压；

模糊自适应PID反馈控制器，所述的模糊自适应PID反馈控制器的输入为压电精密气体流量阀的目标流量与实际流量的误差以及误差变化率，输出反馈控制电压；

累加驱动控制器，用于将所述的前馈补偿控制器输出的补偿控制电压和模糊自适应PID反馈控制器输出的反馈控制电压累加作为压电精密气体流量阀的输入电压控制其运行。

优选地，所述的改进PI迟滞模型表示为：

v(t)表示t时刻压电精密气体流量阀的输入电压，Y[v](t)表示t时刻压电精密气体流量阀的输出流量，t为时间，T为采样周期，为play算子的权值向量，为play算子的阈值向量，且有n为play算子的个数，为第i个play算子的权值，为第i个play算子的阈值，为死区算子的权值向量，为死区算子的阈值向量，且有m为死区算子的个数，为第i个死区算子的权值，为为第i个死区算子的阈值，表示传统PI模型中t-T时刻压电精密气体流量阀的输出流量。

优选地，所述的改进PI迟滞模型中的通过自适应粒子群优化算法进行参数辨识得到。

优选地，自适应粒子群优化算法粒子速度和位置进行更新的具体表达式如下：

t为粒子的当前迭代次数，和分别为第i个粒子的速度和位置信息，为第i个粒子的个体最优位置，xGbest^d为粒子的群体最优位置，c₁和c₂为学习因子，r₁和r₂是属于0到1之间的随机数，上标d表示粒子维度，w_i为第i个粒子的惯性权重系数。

优选地，所述的第i个粒子的惯性权重系数更新方式为：