[发明专利]一种压电精密气体流量阀的复合控制系统及方法

权利要求书

1.一种压电精密气体流量阀的复合控制系统，其特征在于，该系统包括：

前馈补偿控制器，采用改进PI迟滞模型的逆模型作为前馈补偿控制器，所述的前馈补偿控制器的输入为压电精密气体流量阀的目标流量，输出为补偿控制电压；

模糊自适应PID反馈控制器，所述的模糊自适应PID反馈控制器的输入为压电精密气体流量阀的目标流量与实际流量的误差以及误差变化率，输出反馈控制电压；

累加驱动控制器，用于将所述的前馈补偿控制器输出的补偿控制电压和模糊自适应PID反馈控制器输出的反馈控制电压累加作为压电精密气体流量阀的输入电压控制其运行。

2.根据权利要求1所述的一种压电精密气体流量阀的复合控制系统，其特征在于，所述的改进PI迟滞模型表示为：

v(t)表示t时刻压电精密气体流量阀的输入电压，Y[v](t)表示t时刻压电精密气体流量阀的输出流量，t为时间，T为采样周期，为play算子的权值向量，为play算子的阈值向量，且有n为play算子的个数，为第i个play算子的权值，为第i个play算子的阈值，为死区算子的权值向量，为死区算子的阈值向量，且有m为死区算子的个数，为第i个死区算子的权值，为为第i个死区算子的阈值，表示传统PI模型中t-T时刻压电精密气体流量阀的输出流量。

3.根据权利要求2所述的一种压电精密气体流量阀的复合控制系统，其特征在于，所述的改进PI迟滞模型中的通过自适应粒子群优化算法进行参数辨识得到。

4.根据权利要求3所述的一种压电精密气体流量阀的复合控制系统，其特征在于，自适应粒子群优化算法粒子速度和位置进行更新的具体表达式如下：

t为粒子的当前迭代次数，和分别为第i个粒子的速度和位置信息，为第i个粒子的个体最优位置，xGbest^d为粒子的群体最优位置，c₁和c₂为学习因子，r₁和r₂是属于0到1之间的随机数，上标d表示粒子维度，w_i为第i个粒子的惯性权重系数。

5.根据权利要求4所述的一种压电精密气体流量阀的复合控制系统，其特征在于，所述的第i个粒子的惯性权重系数更新方式为：

式中，为总迭代次数，Rank(t)为总迭代次数与当前迭代次数的差值，w_min为最小惯性权重系数，w_max为最大惯性权重系数。

6.根据权利要求2所述的一种压电精密气体流量阀的复合控制系统，其特征在于，所述的前馈补偿控制器为：

Y^-1[Y](t)表示t时刻前馈补偿控制器输出的补偿控制电压，Y(t)表示t时刻前馈补偿控制器输入的压电精密气体流量阀的目标流量，表示传统PI模型中t-T时刻压电精密气体流量阀的输入电压，w′_Hi、w′_Si、r′_Hi、r′_Si为前馈补偿控制器中的待辨识参数。

7.根据权利要求1所述的一种压电精密气体流量阀的复合控制系统，其特征在于，所述的模糊自适应PID控制器包括模糊控制器和PID控制器；

所述的模糊控制器用于输入压电精密气体流量阀的目标流量与实际流量的误差以及误差变化率，所述的模糊控制器输出PID控制器中比例系数、积分系数以及微分系数三个参数的调整值；

所述的PID控制器用于输入压电精密气体流量阀的目标流量与实际流量的误差，并根据模糊控制器的输出在线调整比例系数、积分系数以及微分系数的大小，所述的PID控制器输出反馈控制电压。

8.根据权利要求7所述的一种压电精密气体流量阀的复合控制系统，其特征在于，所述的模糊控制器的模糊规则基于以下规律设计：当实际流量背离目标流量时，增大比例系数和微分系数；当实际流量接近目标流量时减小比例系数和/或增大微分系数；当实际流量背离目标流量时，保持或微调当前的PID参数。