1数字泵控制液压缸试验系统
1. 1液压系统组成和工作原理
数字泵控缸液压试验系统组成见1.系统主要由电机2、数控变量泵3、压力传感器4、安全阀6、节流阀7、涡轮流量变送器8、椭圆齿轮流量计9、电液换向阀10、液压缸11等组成。
1中，压力传感器用来检测数字泵出口压力；位移传感器用来检测液压缸的位置，并将测量信号传给控制器；涡轮流量变送器和椭圆齿轮流量计用来标定步进电机脉冲数与泵出口流量的线性关系；数字泵用来驱动控制液压缸；电液换向阀用来实现液压缸的位置控制。
1. 2控制系统的硬件组成及功能
控制系统的硬件框图见2.控制系统由单片机AT 89C52、存储器EPROM 27C512、接口芯片8279、光电隔离器件521- 4、锁存器74HC573、驱动器74HC240及A/ D转换芯片AD574等组成。
2模糊控制器的设计
模糊控制器的设计必须解决3个问题：
量的模糊化；模糊控制规则的构成；模糊判决。一般的位置模糊控制器常常采用位置和速度作为输入变量的二维模糊控制器。但本文的输出变量Q（流量）与液压缸的工作压力P和位置偏差E有关，故选P和E作为二维模糊控制器的输入变量。液压缸位置伺服系统模糊控制方框图见3.
2. 1量的模糊化
在把量转化成模糊量时，按照人们的常规思维方式，把量分为几档，每一档对应一个模糊集。这里把P和Q设定为< 0， 3>之间连续变化，把E设定为< - 3， 3>之间连续变化。如果P、Q的量不在< 0，3>范围内，而在已知范围< ，>内，则可通过下式变换：Y= 3 - < X- + 2 >.
（ 1）
同理，如果E的量不在< - 3， 3>范围内变化，而在已知范围<′，′>内，则可通过下式变换：Y= 6′-′< X -′+′2 >.
（ 2）
这样就可以只讨论论域在< 0， 3>和< - 3， 3>区间内的模糊控制子集分布。再将这一论域内的连续量离散化为若干档，即：E= {负大（ NB） ，负中（ NM ） ，负小（ NS ） ，零（ ZO） ，正小（ PS） ，正中（ PM ） ，正大（ PB） }.
P= {小（ S） ，中（ M ） ，大（ B}）。
Q= {小（ S） ，中（ M ） ，大（ B}）。
并将E、P和Q的论域分为下列量化等级：E= {- 3， - 2， - 1， 0， 1， 2， 3}。
P= { 0， + 1， + 2}。
Q= {0， + 1， + 2}.
输入、输出变量的隶属度曲线采用三角函数，这样利于控制器的计算，具体的隶属度函数曲线见4.
2. 2模糊控制算法设计
本系统采用的模糊控制器输入是二维的，输出是一维的。根据模糊数学的似然推理原则，当输入为P i和E j，输出为Q ij时，有如下模糊关系：R=∪i； j（ P i×E j）×Q ij i= 1， 2，…， n； j = 1， 2，…，m。
（ 3）
R的隶属函数为：R（ p ， e， q） =∨i= n； j = m i= 1； j= 1 P i（ p ）∧E j（ e）∧Q ij（ q）。
（ 4）
式中：P i（ p ）?? P i的隶属函数；E j（ e）?? E j的隶属函数；Q ij（ q）??Q ij的隶属函数。
由合成规则可得控制量Q为：Q= （ P×E） R.
（ 5）
其中，“”为合成算子，这里取max- min.
当P和E取不同值时，相应模糊控制变量的输出值Q的大小见。根据中所列的关系，通过式（ 1）～式（ 5） ，即可求出实际的控制值。当然，这一求解过程可以通过M atlab中Fuzzy工具箱进行，是很方便的。
2. 3模糊控制器的模糊判决
模糊判决是把模糊化的量变成确定的数值，本模糊控制器是采用重心法。重心法是取模糊隶属度函数曲线与横坐标围成面积的重心为模糊推理终输出值。
对于具有m个量化级数的离散论域情况，模糊判决后的输出值v0为：
v 0 = m k= 1 v k v（ v k）m k= 1 v（ v k）。
（ 6）
式中： v k??离散论域内的变量；v（ v k）??vk的隶属度值。
与大隶属度法相比较，重心法具有更平滑的输出推理控制。即对应于输入信号的微小变化，其推理的终输出一般也会发生一定的变化，且这种变化明显比大隶属函数法更平滑。
3试验结果
上述试验系统中，水平质量负载为200kg，在周期为2s的方波控制信号下，系统的响应曲线。在输入为50mm阶跃信号的情况下，系统的稳定时间为0. 65s，稳态误差为0. 015mm，超调较小。试验证明，模糊控制算法在数字泵直接控制液压缸位置系统应用中，实现了快速、的位置控制。
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