一种用于复合材料压机变速下落的轨迹规划方法与流程

技术特征：

1.一种用于复合材料压机变速下落的轨迹规划方法，其特征在于：首先，对比例先导控制阀输入等差额指令信号控制压机循环下落并采集活动梁位移、回程缸压力和指令信号；而后，对活动梁位移信号进行微分处理得到活动梁下降速度信号，并采用神经网络算法对采集参数进行训练得到阀的通油流量数学模型；然后，结合回程缸的力平衡方程和流量连续性方程构建下落系统综合数学模型；最后，以回程缸压力的误差积分为寻优指标，采用改进遗传算法对三次样条插值轨迹进行全局优化，获得活动梁下落的抑振指令轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种用于复合材料压机变速下落的轨迹规划方法，其特征在于：该方法具体实现如下：

S1：对输入指令信号在其工作范围内进行较小间隔的等距划分，并按指令信号从小到大的顺序给定比例先导控制阀，在每一个指令信号下，活动梁从机锁位开始循环下落运行，并同时采集第一回程缸和第二回程缸的稳态压力p_L、活动梁位移s信号；

S2：将所采集的第一回程缸和第二回程缸的稳态压力p_L、活动梁位移s和比例先导控制阀的指令信号u传输到上位PC机，并对活动梁的位移s进行微分处理得到活动梁的下降速度v；通过液压缸流量公式Q＝Av得出流入第一回程缸和第二回程缸的流量值Q，并通过BP神经网络训练得到第一回程缸和第二回程缸稳态压力p_L、比例先导控制阀的指令信号u和流入第一回程缸和第二回程缸的流量值Q三者函数映射关系Q＝f(u,p)；结合第一回程缸和第二回程缸的力平衡方程和流量连续性方程，构建变速下落系统综合数学模型；

S3：采用具有高阶导数连续的多项式曲线作为活动梁变速运动指令轨迹基线，同时依据无柔性冲击与刚性冲击的工艺需求设置其边界条件；将轨迹等间距离散化，得到离散后的轨迹U_spl(t)，即：

对相邻两段轨迹的衔接点值U_spl(t_j)进行上下浮动，从而可得各段节点指令值为U_spl(t_j)＝u_bj+Δu_j；

式中：为各段变速时间的多项式系数，m为多项式最高次数，n为轨迹分段数，i＝0,1,…,m，j＝0,1,…,n-1，t₀为活动梁变速运动的起始时间，t_n为活动梁变速运动的终止时间，u_bj为基线在t_j时刻的指令值，Δu_j为与u_bj对应的浮动值；

S4：通过Matlab遗传算法工具箱，结合精英策略与迁移策略，在过程约束和边界条件下，对每一代的节点浮动值[Δu_k1 Δu_k2 ... Δu_kn]进行最小适应度函数值的全局搜索，式中：k为迭代数；

S5：采用Matlab的样条插值函数spline将规划后的各节点浮动值结合轨迹边界条件即可生成分段连续目标指令轨迹；

S6：在活动梁下落过程中，将规划后的指令轨迹通过PLC传输给比例先导控制阀即可实现活动梁无运动冲击及抑制第一回程缸和第二回程缸压力波动的变速下落运动，轨迹规划结束。

3.根据权利要求2所述的一种用于复合材料压机变速下落的轨迹规划方法，其特征在于：所述步骤S4的具体实现方式为：

S41：将Matlab遗传算法工具箱生成的每一代的浮点数组[Δu_k1 Δu_k2 ... Δu_kn]传递到Matlab的m文件当中，并调用Matlab的样条插值函数生成高阶样条插值轨迹；

S42：将生成的指令轨迹输入到变速下落系统综合数学模型，从而计算得出适应度函数值。

4.根据权利要求2所述的一种用于复合材料压机变速下落的轨迹规划方法，其特征在于：所述适应度函数采用：

$Q_{fit}={\∫}_0^{t_s}t\left|e_p\left(t\right)\right|dt+\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{r}_i{P}_i\left(u\right)$

式中：t_s为活动梁变速运动持续时间；e_p(t)为实际压力值与稳态压力值的差值；r_i为各惩罚项的系数因子；P_i(u)是由当代浮动指令电压与基础电压之和构成的U_spl(t_j)超出比例先导控制阀的指令信号控制范围时的惩罚项。

5.根据权利要求2所述的一种用于复合材料压机变速下落的轨迹规划方法，其特征在于：所述边界条件设定为：起始点值U_s为活动梁目标运动速度v_s对应的指令电压值；终止点值U_f为活动梁目标运动速度v_f对应的指令电压值；边界点处轨迹的一阶导数为零。

6.根据权利要求2所述的一种用于复合材料压机变速下落的轨迹规划方法，其特征在于：所述相邻两段轨迹的衔接点值U_spl(t_j)的浮动量的范围取Δu_j∈[U_s-u_bj，U_f-u_bj]。

7.根据权利要求2所述的一种用于复合材料压机变速下落的轨迹规划方法，其特征在于：所述输入指令信号在其工作范围内的划分间隔取全程的1％～5％。

8.根据权利要求2所述的一种用于复合材料压机变速下落的轨迹规划方法，其特征在于：所述高阶导数连续的多项式曲线的最高次数取3～5。

9.根据权利要求2所述的一种用于复合材料压机变速下落的轨迹规划方法，其特征在于：所述指令轨迹在变速时间内的分割段数取2～10。

10.根据权利要求2所述的一种用于复合材料压机变速下落的轨迹规划方法，其特征在于：所述精英策略是对遗传算法每一代的每个种群最优个体进行保护，使其完整的遗传到下一代，保护精英个体数量取种群总个体数的2％～5％；所述迁移策略的迁移间隔代数取10～20。