一种微型比例阀的控制方法及系统

本发明涉及比例阀控制，更具体的说是涉及一种微型比例阀的控制方法及系统。

背景技术：

1、气动系统作为自动化控制领域的重要组成部分，其构成元件中涵盖多种气动阀门，各具特定功能，包括但不限于控制方向、通断、压力和流量等。在这些元件中，微型比例阀被广泛应用于气动系统，其作为压力或流量控制元件，其工作原理是通过电流激励，使得线圈产生电磁力，从而推动阀芯运动，实现对阀门的精确控制。其构造主要包括线圈、动阀芯、静阀芯等组成要素。

2、目前，微型比例阀在气体控制系统中的应用逐渐增多，但传统的控制算法在某些情况下难以满足微小流量控制的需求。这些传统算法存在一系列问题和缺点，例如参数调节的繁琐性，需要经验和试验来确定适当的参数值，并且这些值难以适应不同工作条件和环境变化。对于非线性、时变和不确定性较高的系统，传统控制算法的性能较差，容易出现超调、震荡、稳态误差等现象。此外，传统控制算法对系统建模的要求较高，如果系统的数学模型不准确或不完善，会影响控制算法的效果。

3、因此，如何提高微型比例阀控制的性能和效率，实现微型比例阀精确的流量控制，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种微型比例阀的控制方法及系统，以解决传统的微型比例阀控制方法，在微小流量的调节方面存在精度受限、响应速度缓慢、对外部干扰不敏感等问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明一方面公开了一种微型比例阀的控制方法，包括以下步骤：

4、根据微型比例阀实际输出流量和目标流量之间的差值获取微型比例阀的误差和误差变化率；

5、构建微型比例阀的模糊控制器，将获取的误差和误差变化率作为所述模糊控制器的输入变量，所述模糊控制器的输出变量包括比例系数、积分系数和微分系数；

6、基于语言变量获取所述输入变量的模糊隶属度；

7、基于模糊规则构建输入变量和输出变量之间的模糊规则表；

8、根据输入变量的模糊隶属度和模糊规则表，获取输出变量的模糊隶属度；

9、利用解模糊化方法将输出变量的模糊隶属度转换为输出变量的实际输出值；

10、将输出变量的实际输出值作为比例阀模型中pid控制器的参数实时调节量。

11、进一步地，所述微型比例阀实际输出流量通过以下步骤获取：

12、根据通气过程中输出气体流量与输入气体压力浮动的关系，建立微型比例阀输出流量的数学模型；

13、根据所述数学模型计算微型比例阀的实际输出流量。

14、进一步地，建立微型比例阀输出流量的数学模型，具体包括建立以下数学模型：

15、

16、

17、其中：g表示微型比例阀的输出流量，f表示电磁力，g(s)表示电磁力的传递函数，cq表示微型比例阀的流量系数，w表示微型比例阀的截面梯度，表示分段函数，r为绝热系数，p为微型比例阀的出气口压强，ps为微型比例阀的进气口压强。

18、进一步地，所述输入变量的模糊隶属度，包括：“大负”、“中负”、“负”、“零”、“正”、“中正”和“大正”。

19、进一步地，基于语言变量获取所述输入变量的模糊隶属度，具体包括以下步骤：

20、根据语言变量与模糊集合之间的关系构建隶属度函数；

21、根据所述隶属度函数得到输入变量的模糊隶属度。

22、进一步地，所述隶属度函数包括三角形或梯形隶属度函数。

23、进一步地，所述模糊规则用于描述模糊控制器的输入变量在特定组合下，输出变量的输出值。

24、进一步地，上述方法还包括利用max-min推理方法获取输出变量的隶属度函数。

25、进一步地，用max-min推理方法获取输出变量的隶属度函数，具体包括以下步骤：

26、评估每个规则的后件与当前输入变量的隶属度的最小值，并确定每个规则对输出变量的影响程度；

27、聚合所有启发的规则生成输出变量的隶属度函数。

28、进一步地，上述方法还包括利用质心defuzzification方法将输出变量的模糊隶属度转换为输出变量的实际输出值。

29、本发明一方面公开了一种微型比例阀的控制系统，该系统包括计算机程序，所述计算机程序执行时能够实现本发明任意一项所述的一种微型比例阀的控制方法。

30、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种微型比例阀的控制方法及系统，具有以下有益效果：

31、通过新的模糊控制策略，提高微型比例阀的精度、动态响应性和抗干扰性，从而为微型比例阀在各个领域的应用提供更为可靠、高效的解决方案。

技术特征：

1.一种微型比例阀的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种微型比例阀的控制方法，其特征在于，所述微型比例阀实际输出流量通过以下步骤获取：

3.根据权利要求2所述的一种微型比例阀的控制方法，其特征在于，建立微型比例阀输出流量的数学模型，具体包括建立以下数学模型：

4.根据权利要求1所述的一种微型比例阀的控制方法，其特征在于，所述输入变量的模糊隶属度，包括：“大负”、“中负”、“负”、“零”、“正”、“中正”和“大正”。

5.根据权利要求1所述的一种微型比例阀的控制方法，其特征在于，基于语言变量获取所述输入变量的模糊隶属度，具体包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的一种微型比例阀的控制方法，其特征在于，所述模糊规则用于描述模糊控制器的输入变量在特定组合下，输出变量的输出值。

7.根据权利要求1所述的一种微型比例阀的控制方法，其特征在于，还包括利用max-min推理方法获取输出变量的隶属度函数。

8.根据权利要求7所述的一种微型比例阀的控制方法，其特征在于，用max-min推理方法获取输出变量的隶属度函数，具体包括以下步骤：

9.根据权利要求1所述的一种微型比例阀的控制方法，其特征在于，还包括利用质心defuzzification方法将输出变量的模糊隶属度转换为输出变量的实际输出值。

10.一种微型比例阀的控制系统，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序执行时能够实现权利要求1-9任意一项所述的一种微型比例阀的控制方法。

技术总结本发明公开了一种微型比例阀的控制方法及系统，属于比例阀控制技术领域。其方法包括根据微型比例阀实际输出流量和目标流量之间的差值获取的误差和误差变化率；构建微型比例阀的模糊控制器，将获取的误差和误差变化率作为模糊控制器的输入变量，输出变量包括比例系数、积分系数和微分系数；基于语言变量获取输入变量的模糊隶属度；基于模糊规则构建输入变量和输出变量之间的模糊规则表；根据输入变量的模糊隶属度和模糊规则表获取输出变量的模糊隶属度；利用解模糊化方法将输出变量的模糊隶属度转换为输出变量的实际输出值；将实际输出值作为PID控制器的参数实时调节量。本发明利用模糊控制策略提高了微型比例阀的精度、动态响应性和抗干扰性。技术研发人员：石岩,聂玉龙,杨治国,王一轩,许少峰,牛燕霞受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18