挖掘机铲斗电液伺服改进PSO-PID参数整定位置控制

张晓婷，李徳镇，梁仁旺，贺婷婷

（1.重庆水利电力职业技术学院建筑工程学院，重庆 永川 402160；2.中国水电基础局有限公司，天津 武清 301700；3.太原理工大学建筑与土木工程学院，山西 太原 030024）

1 引言

为实现挖掘机设备的自动控制功能，需保证对其运动机构位置的精确控制[1-3]。选择21t挖掘机作为测试对象，考虑到挖掘机运行过程中电液伺服系统会形成死区与摩擦作用，对铲斗进行位置控制时也表现出了明显非线性特征[4-5]。文献[6]运用智能PID控制技术，有效克服了电液比例压力控制的缺陷；文献[7]构建了挖掘机电液比例系统的非线性模型，并对挖掘机电液控制系统进行了优化，建立了相应的分段模型。文献[8]设计了一种包含干扰算子的粒子群优化算法，实现粒子群算法稳定性的显著提升；文献[9]在PSO算法中加入最优粒子分析方法，之后利用改进优化的粒子群算法实现对非线性PID系统的控制，显著改善算法精度与实时性。

根据挖掘机电液伺服系统的运行性能来达到调控挖掘机铲斗位置的功能[10]，由于采用传统PID整定方法并不能获得优异控制效果，因此采用遗传算法与交叉算子、标准PSO算法进行PID整定，最后对其进行了仿真验证。

2 铲斗电液伺服系统

2.1 电液比例系统

挖掘机铲斗电液伺服控制系统的各个组成部分，包含了多路阀、运行控制机构、液压缸、减压阀、放大器、位移探测器多个结构[11]，如图1所示。

图1 电液比例系统框图Fig.1 Block Diagram of Electro-Hydraulic Proportional System

2.2 电液比例阀传递函数

当控制器形成电压信号后，在比例放大器中完成转换过程并造成压力作用，之后驱动多路阀形成阀芯位移，得到以下的传递函数[12]，如式（1）所示。……