李海濤，李 偉，胡春艷，王 銳，羅凱凱

(1.中國科學(xué)院工程熱物理研究所 輕型動(dòng)力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100089；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 101400;3.中國科學(xué)院 輕型動(dòng)力創(chuàng)新研究院，北京 100089)

燃?xì)廨啓C(jī)是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式動(dòng)力機(jī)械，常用于機(jī)械驅(qū)動(dòng)和電工行業(yè)，其技術(shù)含量和復(fù)雜程度居所有機(jī)械設(shè)備之首，其控制尤為關(guān)鍵。其中，電液伺服系統(tǒng)具有功率放大的功能，細(xì)微的差錯(cuò)往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果。電液伺服系統(tǒng)最核心的部件是電液伺服閥，電液伺服閥通過電液轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)功率的放大和對(duì)控制對(duì)象的精確控制[1]。

電液伺服閥結(jié)構(gòu)精密，集成度高，出現(xiàn)故障時(shí)往往難以直接檢測，因此容錯(cuò)控制較為困難。目前對(duì)電液伺服閥的容錯(cuò)研究主要集中在冗余技術(shù)、結(jié)構(gòu)和材料等硬件方面，而在軟件方面的容錯(cuò)方法研究卻相對(duì)少[2]。冗余備份具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，但也有一定的缺點(diǎn)：系統(tǒng)切換往往需要一定的時(shí)間，這期間可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成不可預(yù)料的后果；冗余備份系統(tǒng)也存在單點(diǎn)故障模式，當(dāng)油液物性發(fā)生改變或者切換開關(guān)出現(xiàn)問題時(shí)系統(tǒng)仍舊無法正常工作。軟件容錯(cuò)控制卻可以解決上述問題，在一定程度上與硬件冗余互補(bǔ)，因此對(duì)于軟件容錯(cuò)控制方法的研究具有重要的意義。

對(duì)于電液伺服系統(tǒng)的容錯(cuò)控制，國內(nèi)外的科研人員進(jìn)行了諸多研究。其中，針對(duì)負(fù)載擾動(dòng)的研究相對(duì)較多。Li Xiang[3]針對(duì)參數(shù)不確定性和負(fù)載擾動(dòng)提出了非線性模糊自適應(yīng)反步容錯(cuò)控制方法，相對(duì)于傳統(tǒng)的PID控制，該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載運(yùn)動(dòng)軌跡較好的追蹤，解決了系統(tǒng)在外部擾動(dòng)環(huán)境下控制的穩(wěn)定性和精度。丁國峰[4]則將模糊控制理論和PID控制通過另外一種新穎的方式結(jié)合，將PID用于受控系統(tǒng)的下層子系統(tǒng)，然后又對(duì)下層子系統(tǒng)施加了模糊控制形成串級(jí)控制，在提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的同時(shí)，一定程度上解決了外界干擾。通過加入觀測器觀測擾動(dòng)，并將擾動(dòng)前饋進(jìn)行補(bǔ)償也受到廣泛的探究[5-8]。Guo Qing[9]不僅考慮了擾動(dòng)，還考慮了擾動(dòng)過大導(dǎo)致信號(hào)難以補(bǔ)償時(shí)的擾動(dòng)處理和反饋控制率的問題。

一些專家則從電液伺服閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，研究電液伺服閥容易出現(xiàn)的故障，如死區(qū)、滯緩等。Bessa[10]針對(duì)電液伺服閥輸入的死區(qū)非線性提出了自適應(yīng)模糊控制方案，并與反饋控制相結(jié)合，自動(dòng)識(shí)別死區(qū)非線性并預(yù)先補(bǔ)償，解決了軌跡跟蹤的問題。馮永保[11]則針對(duì)閥芯由于加工誤差導(dǎo)致的負(fù)開口故障，采用模糊PID控制的方法減小了系統(tǒng)的誤差。

還有一些學(xué)者從改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能、多種控制融合、參數(shù)不確定性等不同的角度進(jìn)行了研究。Ayman[12]利用智能模糊PI控制對(duì)電液伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行容錯(cuò)控制，結(jié)果表明模糊PI控制可以較好的改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，并且通過加入時(shí)滯函數(shù)使具有較長液壓傳送管道的液壓系統(tǒng)有極好的魯棒性。王洪杰[13]針對(duì)直驅(qū)式電液伺服系統(tǒng)，采用模糊PID方法對(duì)交流伺服電機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)而控制變量泵的輸出流量，解決了直驅(qū)式系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能不佳的問題。韓成浩[14]將模糊自整定的PID控制算法應(yīng)用于六自由度并聯(lián)機(jī)器人，也在一定程度上解決了其存在的響應(yīng)速度慢、控制精度不高和魯棒性差的問題。在多種控制率融合方面，Sinthipsomboon[15]將模糊控制和模糊自校正PID控制結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)，當(dāng)系統(tǒng)實(shí)際輸出與理想輸出偏差較大時(shí)采用模糊控制，當(dāng)實(shí)際輸出與理想輸出偏差較小時(shí)采用模糊自校正PID控制。在參數(shù)不確定性方面，林浩[16]提出了自適應(yīng)backstepping控制器，對(duì)參數(shù)不確定性導(dǎo)致的漂移進(jìn)行抑制，既能解決參數(shù)不確定性也能抑制擾動(dòng)。Yao[17-18]則利用映射函數(shù)的方法設(shè)計(jì)了參數(shù)自適應(yīng)估計(jì)，疊加反步自適應(yīng)控制率實(shí)現(xiàn)了對(duì)參數(shù)不確定的電液伺服系統(tǒng)的控制。Guo等[19-21]提出了魯棒H∞控制方法用于電液伺服閥的線性化模型的控制，也較好的解決了參數(shù)不確定性問題。

綜合各學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)：首先，模糊PID在電液伺服系統(tǒng)容錯(cuò)控制中被廣泛應(yīng)用；其次，各種容錯(cuò)控制方法基本上只能解決一個(gè)或一類問題，不能針對(duì)多種故障容錯(cuò)；此外，對(duì)于電液伺服閥內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)的容錯(cuò)控制考慮的也較少。在此基礎(chǔ)上，本文綜合考慮電液伺服閥內(nèi)部故障造成的功能故障和負(fù)載擾動(dòng)問題，提出了基于模糊PID信號(hào)補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)容錯(cuò)控制方法，該方法思路是在被控對(duì)象輸出出現(xiàn)偏差時(shí)，將誤差E和誤差變化率EC作為控制器的輸入，控制器對(duì)信號(hào)處理后輸出反饋補(bǔ)償信號(hào)，控制電液伺服系統(tǒng)即使在某些故障狀態(tài)下仍能正常工作。

1 研究對(duì)象及數(shù)學(xué)建模

1.1 研究對(duì)象

雙噴嘴擋板力反饋兩級(jí)電液伺服閥由電磁和液壓兩部分組成，電磁部件是一個(gè)力矩馬達(dá)，液壓部件是一個(gè)兩級(jí)液壓放大器，第一級(jí)是雙噴嘴擋板閥，為前置放大級(jí)，第二級(jí)為零開口四邊滑閥，是功率放大級(jí)。

力矩馬達(dá)將輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為力矩輸出，當(dāng)沒有輸入電流時(shí)，擋板處于兩個(gè)噴嘴中間，兩個(gè)噴嘴負(fù)載壓力腔壓力相同，無輸出。當(dāng)有控制電流時(shí)，銜鐵被磁化，產(chǎn)生電磁力矩，假如銜鐵擋板逆時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)，彈簧管彎曲變形，則擋板中部向右偏移，右側(cè)噴嘴與擋板間隙減小，油路油壓升高，左側(cè)油路油壓降低，推動(dòng)滑閥閥芯左移，閥芯帶動(dòng)反饋桿左移，產(chǎn)生反力矩，直到電磁力矩與反饋桿、彈簧管反力矩相平衡為止，此時(shí)，反饋桿另一端控制滑閥閥芯穩(wěn)定在固定的位置。電流越大，產(chǎn)生的電磁力矩也越大，銜鐵偏轉(zhuǎn)的角度θ就越大，滑閥閥芯位移越大。閥芯位移控制電液伺服開口的開度，進(jìn)而控制液壓油的輸出流量或壓力，且穩(wěn)定時(shí)閥的輸出與輸入電流成正比。電液伺服閥結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 電液伺服閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖

1.2 數(shù)學(xué)建模

1.2.1 力矩馬達(dá)運(yùn)動(dòng)方程

(1)基本電壓方程

線圈工作時(shí)，每個(gè)線圈的輸入電壓為：

u1=u2=Kuug

(1)

式中：u1、u2分別為輸入每個(gè)線圈的電壓信號(hào)；Ku為放大器每邊的增益；ug為輸入放大器的電壓。

每個(gè)線圈電壓平衡方程為：

(2)

(3)

式中：Eb為產(chǎn)生常值電流的電壓；Zb為線圈共用邊的阻抗；Rc為每個(gè)線圈的電阻；rp為線圈的放大器電阻；Nc為每個(gè)線圈匝數(shù)；φa為銜鐵磁通；i1、i2為每個(gè)線圈的輸入電流。

將(1)、(2)、(3)聯(lián)立并作拉普拉斯變換得：

2KuUg=(Rc+rp)ΔI+2Kbsθ+2LcsΔI

(4)

式中：Kb為每個(gè)線圈的反電勢常數(shù)；θ為銜鐵轉(zhuǎn)角；Lc為每個(gè)線圈的自感系數(shù)；ΔI為兩線圈電流差。

(2)銜鐵擋板組件的運(yùn)動(dòng)方程

力矩馬達(dá)輸出電磁力矩：

Td=KtΔI+Kmθ

(5)

式中：Kt為力矩馬達(dá)中位電磁力矩系數(shù)；Km為力矩馬達(dá)中位磁彈簧剛度。

電磁力矩作用下運(yùn)動(dòng)方程：

(6)

式中：Ja為銜鐵擋板組件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Ba為銜鐵擋板組件粘性阻尼系數(shù)；Ka為彈簧管剛度；TL1為噴嘴流體對(duì)銜鐵擋板的負(fù)載力矩；TL2為反饋桿形變對(duì)銜鐵擋板的力矩。

(7)

式中：r為彈簧管回轉(zhuǎn)中心到噴嘴中心距離；ps為供油壓力；pLp為兩噴嘴腔負(fù)載壓差；AN為噴嘴孔的面積；Cdf為噴嘴與擋板間流量系數(shù)；xf0為噴嘴與擋板間零位間隙。

TL2=(r+b)Kf[(r+b)θ+xv]

(8)

式中：b為反饋桿小球到噴嘴中心距離；Kf為反饋桿剛度；xv為閥芯位移。

聯(lián)立式(5)、(6)、(7)、(8)并做拉普拉斯變換得：

(9)

1.2.2 擋板位移與銜鐵轉(zhuǎn)角的關(guān)系

擋板的位移和銜鐵轉(zhuǎn)角可以認(rèn)為是比例關(guān)系：

Xf=rθ

(10)

式中：Xf為擋板的位移。

1.2.3 噴嘴擋板至滑閥的傳遞函數(shù)

忽略閥芯位移的粘性阻尼力、反饋桿彈簧力和穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，擋板位移到滑閥位移的傳遞函數(shù)可近似為：

(11)

1.2.4 閥控液壓缸的傳遞函數(shù)

噴嘴擋板的負(fù)載壓力往往與滑閥的受力相關(guān)，滑閥的受力包括慣性力和穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力，而穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力又與滑閥輸出的負(fù)載力相關(guān)。動(dòng)力元件的負(fù)載只考慮慣性，則閥芯位移至液壓缸位移的傳遞函數(shù)為：

(12)

式中：Xp為液壓缸位移；Kq為噴嘴擋板流量增益；Ap為液壓缸閥芯端面面積；ωh為液壓缸的液壓固有頻率；ζh為液壓缸的液壓阻尼比。

1.2.5 作用在擋板上的壓力反饋

略去滑閥閥芯運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的反饋桿彈簧力和粘性阻力，只考慮其穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力和慣性力，那么噴嘴擋板閥的負(fù)載壓力為：

(13)

上式中穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力是pL和xv這兩個(gè)變量的函數(shù)，將上式在pL0和xv0出線性化，經(jīng)拉普拉斯變換得：

(14)

1.2.6 模型簡化

聯(lián)立(9)～(14)式可得電液伺服閥控制的液壓缸系統(tǒng)控制方框圖，如圖2所示。

圖2 電液伺服閥控液壓缸數(shù)學(xué)模型

一般情況下，伺服閥的響應(yīng)頻率ωa?ωhp?ωmf，因此力矩馬達(dá)控制的線圈和滑閥的動(dòng)態(tài)可以忽略，作用在擋板上的壓力反饋的比力反饋小的多，也可以忽略。經(jīng)簡化后的力反饋伺服閥傳遞函數(shù)為：

(15)

閥控液壓缸的傳遞函數(shù)為：

(16)

1.2.7 模型仿真驗(yàn)證

本文選取moog78系列伺服閥為研究對(duì)象，求取參數(shù)為：

對(duì)液壓缸取參數(shù)：

對(duì)電液伺服閥進(jìn)行仿真，其階躍響應(yīng)時(shí)間(圖3)為26 ms左右，頻寬(圖4)為33.2 Hz。相角穿越頻率大于幅值穿越頻率，系統(tǒng)穩(wěn)定。

圖3 電液伺服閥傳遞函數(shù)階躍響應(yīng)

圖4 電液伺服閥傳遞函數(shù)幅頻特性圖

實(shí)驗(yàn)測得的電液伺服閥階躍響應(yīng)曲線和幅頻特性、相頻特性分別如圖5、圖6所示，其階躍響應(yīng)的時(shí)間約為26 ms，頻寬約為33 Hz，模型與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果誤差很小，證明了數(shù)學(xué)模型的正確性。

圖5 MOOG電液伺服閥階躍響應(yīng)

圖6 MOOG電液伺服閥幅頻特性和相頻特性

2 控制器設(shè)計(jì)

模糊控制對(duì)于傳遞函數(shù)不明確或者變參數(shù)的系統(tǒng)有較好的魯棒性，模糊控制通常和傳統(tǒng)的PID控制相結(jié)合組成模糊PID控制器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)PID控制可以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化，防止出現(xiàn)極端值或者劇烈變化的值；2)模糊控制器可以實(shí)時(shí)調(diào)整PID控制器的參數(shù)Kp、Ki和Kd來改善其控制效果，對(duì)出現(xiàn)擾動(dòng)或者變工況下系統(tǒng)的控制效果比較理想；3)模糊控制器本身具有閾值，當(dāng)誤差和誤差變化率較小時(shí)沒有輸出，不會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)償信號(hào)的振蕩。

本文提出基于模糊PID信號(hào)補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)同步容錯(cuò)控制方法是在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)將輸入信號(hào)同時(shí)傳遞給理想數(shù)學(xué)模型和實(shí)際系統(tǒng)，將兩者輸出的誤差E和誤差變化率EC經(jīng)過模糊控制器進(jìn)行評(píng)估，輸出補(bǔ)償信號(hào)到實(shí)際系統(tǒng)的輸入端進(jìn)行反饋補(bǔ)償，保證實(shí)際系統(tǒng)的輸出跟隨理想模型的輸出，原理如圖7所示。

圖7 模糊PID反饋控制原理圖

2.1 確定隸屬度函數(shù)

傳統(tǒng)的PID控制式為：

(17)

模糊PID控制以E和EC為模糊控制器輸入，輸出補(bǔ)償量ΔKp、ΔKi、ΔKd對(duì)原有的參數(shù)優(yōu)化。確定輸入E和EC的模糊論論域?yàn)閧-3，-2，-1，0，1，2，3}，輸出ΔKp、ΔKi、ΔKd的模糊論域分別為{0.3，0.2，0.1，0，0.1，0.2，0.3}，{0.3，0.2，0.1，0，0.1，0.2，0.3}，{-3，-2，-1，0，1，2，3}。對(duì)應(yīng)輸入E和EC的物理論域分別為-5～5和-20～20，對(duì)應(yīng)輸出ΔKp、ΔKi、ΔKd的物理論域分別為-0.5～0.5，-0.1～0.1，-0.000 5～0.000 5，在模糊化之前和解模糊化之后都應(yīng)乘以相應(yīng)的系數(shù)，保證數(shù)據(jù)傳遞正確。隸屬度函數(shù)采用較為常用的三角形隸屬度函數(shù)，但是對(duì)于隸屬度函數(shù)兩側(cè)的曲線分別用zmf和smf函數(shù)，以防EC瞬時(shí)值過大導(dǎo)致模糊控制器輸出異常，隸屬度函數(shù)設(shè)置如圖8所示。

2.2 確定模糊規(guī)則

本文對(duì)模糊規(guī)則的設(shè)計(jì)主要考慮系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、穩(wěn)定性、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度，其規(guī)則如下：

1)當(dāng)誤差E較大時(shí)，應(yīng)有較大的輸出以抑制誤差的增大，同時(shí)應(yīng)防止出現(xiàn)積分飽和，應(yīng)取較大的ΔKp、較小的ΔKi和極小的ΔKd。

2)當(dāng)E×Ec>0時(shí)，表明誤差在逐漸增大，此時(shí)應(yīng)該增加輸出，取較大的ΔKp和較小的ΔKi和ΔKd。

3)當(dāng)E和Ec<0或E=0時(shí)，表明誤差在逐步減小或者已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，控制器的輸出應(yīng)該基本保持不變。

4)當(dāng)E×Ec=0且E≠0時(shí)，表明系統(tǒng)存在穩(wěn)態(tài)誤差，應(yīng)選取較大的ΔKp、ΔKi和適中的ΔKd。最終得到模糊控制規(guī)則見圖9。

圖9 模糊控制規(guī)則

2.3 解的模糊化

通過模糊規(guī)則輸出的量也是模糊量，而實(shí)際控制系統(tǒng)需要的是精確量，因此模糊控制器必須要將模糊量通過一種判決方法進(jìn)行處理，才能輸出精確的控制信號(hào)。

目前常用的解模糊化方法有最大隸屬度法、重心法和加權(quán)平均法。重心法利用了所有模糊集合中的信息，且輸出平滑，本文采用這種方法解模糊化。

通過模糊控制器完成PID參數(shù)的自整定(式中Kp′、Ki′和Kd′分別為PID控制器的初值，根據(jù)PID整定方法分別取0.5、0.1和0.000 5，補(bǔ)償量ΔKp′、ΔKi′和ΔKd′取0.5，0.1，0.000 5)，最終實(shí)際輸出值Kp、Ki和Kd由式(18)決定：

(18)

3 故障仿真與控制

仿真模型設(shè)計(jì)如圖10所示。

圖10 模糊PID信號(hào)補(bǔ)償控制模型

本文選取電液伺服閥的四種較為典型功能故障——流量不足、流量過大和零偏以及液壓缸負(fù)載擾動(dòng)工況進(jìn)行研究。

(1)故障一——流量不足

當(dāng)閥芯被部分堵塞、彈簧管彈性減弱、電液伺服閥或者液壓缸發(fā)生泄露時(shí)，會(huì)造成電液伺服閥的輸出流量低于期望值，液壓缸動(dòng)作遲緩不到位。設(shè)定故障下實(shí)際流量下降30%進(jìn)行容錯(cuò)控制仿真。

通過仿真曲線圖11發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)電液伺服閥輸出流量下降的故障時(shí)，液壓缸的輸出位移行動(dòng)遲緩，穩(wěn)定位置比期望位置小約120 mm。采用模糊PID信號(hào)補(bǔ)償控制后，液壓缸實(shí)際輸出跟隨理想輸出，滯后理想輸出0.015 s達(dá)到穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)誤差約為0.2 mm，有較小的超調(diào)，控制效果較好?？刂破魍ㄟ^補(bǔ)償幅值大約為0.42的信號(hào)值控制電液伺服閥流量輸出增大，補(bǔ)償信號(hào)較為平穩(wěn)。

(a)流量不足故障

(2)故障二——流量過大

當(dāng)閥芯刃邊磨損時(shí)，滑閥開口截面積增大，導(dǎo)致電液伺服閥輸出流量高于預(yù)期值，液壓缸位移速度和位移量會(huì)超出預(yù)期值。設(shè)定故障下實(shí)際流量上升30%。

通過仿真曲線圖12發(fā)現(xiàn)，故障導(dǎo)致電液伺服閥流量輸出增加時(shí)，液壓缸位移超過期望值120 mm。采用模糊PID信號(hào)補(bǔ)償控制后，液壓缸位移以較小的跟蹤誤差跟隨理想位移，在滯后于理想輸出0.01 s達(dá)到穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)誤差約為0.1 mm，沒有超調(diào)。控制器通過補(bǔ)償幅值大約為-0.23的信號(hào)值控制電液伺服閥流量輸出減小。

(3)故障三——零偏

彈簧變形、反饋桿彎曲等故障會(huì)導(dǎo)致閥芯產(chǎn)生零位偏移，穩(wěn)定時(shí)和無信號(hào)時(shí)，電液伺服閥閥芯位移總存在固定的偏差。設(shè)定閥芯零位偏移量 0.4 mm。

(a)流量過大故障

仿真圖13表明，出現(xiàn)零偏時(shí)，電液伺服閥在無信號(hào)時(shí)無法全關(guān)，一直有流量輸出。在模糊PID信號(hào)補(bǔ)償控制下，系統(tǒng)輸出跟隨理想輸出，同時(shí)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)誤差約為0.3 mm。通過信號(hào)補(bǔ)償圖發(fā)現(xiàn)，控制器不僅要在工作階段補(bǔ)償信號(hào)，輸入信號(hào)結(jié)束后仍然要補(bǔ)償幅值大約-0.2的信號(hào)以使閥芯位于中位。

(a)零偏故障

(4)負(fù)載擾動(dòng)

當(dāng)液壓缸控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)處在變負(fù)載的工況下，其輸出可能會(huì)隨擾動(dòng)變化，導(dǎo)致液壓缸輸出位移出現(xiàn)偏差或者振蕩。在1.5 s末加入一正弦擾動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)故障模擬。

觀察負(fù)載擾動(dòng)控制圖14，故障狀態(tài)下，系統(tǒng)輸出出現(xiàn)大幅振蕩，幅值約為7 mm。在模糊PID信號(hào)補(bǔ)償控制下，極大地平抑了液壓缸位移波動(dòng)，將輸出波動(dòng)幅值被控制在約為0.5 mm的范圍內(nèi)。在加入擾動(dòng)后，控制器輸出補(bǔ)償信號(hào)形狀為一準(zhǔn)正弦信號(hào)。

(a)負(fù)載擾動(dòng)故障

4 結(jié)論

本文對(duì)電液伺服閥控制的液壓缸系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，針對(duì)電液伺服閥常見的三種功能故障和液壓缸負(fù)載擾動(dòng)，提出模糊PID信號(hào)補(bǔ)償容錯(cuò)控制方法，并進(jìn)行控制效果仿真驗(yàn)證，得到如下結(jié)論：

1)在三種功能故障下，控制器都實(shí)現(xiàn)了容錯(cuò)功能，系統(tǒng)在受控時(shí)，動(dòng)態(tài)性能較好，基本與理想系統(tǒng)同時(shí)穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)誤差都小于0.3 mm，控制效果十分理想。

2)在液壓缸負(fù)載出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)的輸出補(bǔ)償信號(hào)來抑制擾動(dòng)，極大的減小了擾動(dòng)的幅值，進(jìn)而減小了負(fù)載擾動(dòng)對(duì)輸出的影響。

基于模糊PID信號(hào)的補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)容錯(cuò)控制對(duì)電液伺服閥的功能故障和負(fù)載擾動(dòng)具有理想的容錯(cuò)效果。