[发明专利]一种双闭环控制系统和方法

说明书

本申请公开了一种双闭环控制系统和方法，系统包括控制器、位置闭环控制模块、压力闭环控制模块和执行机构；控制器根据执行机构是否存在负载来选择位置控制模式或压力控制模式；位置闭环控制模块在处于位置控制模式时，通过前馈控制单元的前馈输出驱动执行机构进行移动，在获取到当前位置和目前位置的位置偏差后，通过PID控制器根据位置偏差驱动执行机构进行位置闭环控制；压力闭环控制模块在处于压力控制模式时，通过前馈控制单元的前馈输出驱动执行机构进行移动，在获取到当前压力值和目标压力值的压力偏差后，通过PID控制器根据压力偏差驱动执行机构进行压力闭环控制，避免了负载消失时，执行机构加速前冲导致设备碰撞的技术问题。

技术领域

本申请涉及PID控制技术领域，尤其涉及一种双闭环控制系统和方法。

背景技术

液压系统，与电动系统相比，可以在能量耗费更少的情况下，提供更大的保持力，但液压系统不能提供精确的控制。大部分液压执行部件是开关阀，常用的控制方式为开环控制，或者是简单的不精确的反馈机制进行控制，例如通过限位开关或操作人员控制的操作杆。随着液压伺服控制技术的发展，已经可以实现对液压系统位置的精确控制。但在一些应用领域，如加持力控制，不仅需要位置控制，还需要力的控制。

传统的力控通过溢流阀来限制施加在负载上的力，但该方法无法考虑到加载物体上的合力，溢流阀只能控制一侧的压力。还有通过安装压力传感器实现压力的精确控制，在实际应用中，如果系统正处于力控模式，此时负载突然移除，执行机构会忽然加速前冲，试图达到所设定的力的期望值，此时容易发生碰撞，影响设备安全。

发明内容

本申请提供了一种双闭环控制系统和方法，用于改善现有技术通过安装压力传感器实现压力的精确控制，当系统正处于力控模式，负载突然消失时，执行机构试图达到所设定的力的期望值，忽然加速前冲，而导致发生碰撞，影响设备安全的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种双闭环控制系统，包括：控制器、位置闭环控制模块、压力闭环控制模块和执行机构，所述位置闭环控制模块和所述压力闭环控制模块均由PID控制器和前馈控制单元构成；

所述控制器，用于根据所述执行机构是否存在负载来选择控制模式，所述控制模式包括位置控制模式和压力控制模式；

所述位置闭环控制模块，用于在处于位置控制模式时，通过前馈控制单元的前馈输出驱动所述执行机构进行移动，在获取到当前位置和目前位置的位置偏差后，通过PID控制器根据所述位置偏差驱动所述执行机构进行位置闭环控制；

所述压力闭环控制模块，用于在处于压力控制模式时，通过前馈控制单元的前馈输出驱动所述执行机构进行移动，在获取到当前压力值和目标压力值的压力偏差后，通过PID控制器根据所述压力偏差驱动所述执行机构进行压力闭环控制。

可选的，所述控制器具体用于：

当所述执行机构存在负载时，选择压力控制模式；

当所述执行机构不存在负载时，选择位置控制模式。

可选的，所述前馈控制单元包括速度前馈子单元和加速度前馈子单元。

可选的，当所述目标压力值变化时，所述控制器还用于：

控制所述位置闭环控制模块和所述所述压力闭环控制模块同时运行，并获取运行时两个PID控制器输出的PID值；

选择较小的PID值驱动所述执行机构进行闭环控制，直至位置达到设定的目标位置或压力达到设定的目标压力值。

本申请第二方面提供了一种双闭环控制方法，应用于第一方面任一种所述的双闭环控制系统，方法包括：

控制器根据执行机构是否存在负载来选择控制模式，所述控制模式包括位置控制模式和压力控制模式；