第一章 緒論
1.4 研究目的與本文架構
傳統閥控液壓系統由釋壓閥及定排量泵設定最大供油壓力，造成能 源效率不佳。本文結合閥控液壓缸系統與電液負載感測系統(ELS)，發 展創新整合控制系統，同時結合伺服控制(軌跡、速度與力量控制)與節 能控制，實現高伺服控制性能及高能源效率。分別設計三種不同整合控 制系統，包含：整合伺服控制與負載感測控制系統、整合伺服控制與定 供油壓力控制系統、以及伺服控制於無節能控制之傳統閥控液壓系統，
比較其伺服控制及節能控制性能之優劣，並以實驗驗證整合控制系統之 可行性。
整合控制系統為二輸入二輸出(TITO)之複雜控制系統，包含：閥控 液壓缸系統與電液負載感測系統(ELS)，此兩個子系統會相互耦合影 響，所以在控制策略上利用分離控制的解耦合(Decoupling)控制概念，而 控制器設計則採用模糊滑動模式控制(FSMC)，來解耦複雜的 TITO 控制 系統，並簡化多進-多出系統之模糊規則庫設計且確保模糊控制系統之穩 定 性 。 另 外 ， 為 了 配 合 系 統 之 變 動 ， 在 控 制 器 中 加 入 自 組 織 (Self-organizing)修正器，對模糊規則庫作線上即時修正，使模糊規則更能適 合實際的需要。
最後，本文旨在以解耦合控制整合電液負載感測系統之節能控制(包 含：負載感測控制及定供油壓力控制)與閥控液壓缸系統之伺服運動控制 (包含：軌跡控制、速度控制及力控制)的整合控制研究，當液壓缸在進 行伺服運動控制（如：軌跡控制、速度控制與力控制）時，同時進行節 能控制以達成節省能量的效果。並創新發展解耦合自組織模糊滑動平面 控制，在 PC-Based 控制系統架構下，發展具有智慧型與強健性之控制 器，同時實現高伺服響應及高能源效率之目標。
本計劃區分三年：
第一年(NSC89-2212-E-011-051)：以定轉速變排量泵實現電液負載感測 系統之節能控制
以實現電液負載感測系統為目標，結合傳統及現代控制理論（如
Fuzzy，Robust control 等），實現負載感測控制，使泵之供給壓力與負 載缸所需之工作壓力之差保持為定值（
∆p =
constant）。第二年(NSC90-2212-E-011-054)：整合伺服控制(servo control)與節 能控制(energy-saving control) 即節能控制系統結合閥控液壓缸系統伺服控制之研究。以閥控系統而 言，泵供油壓力較高時，系統會有較佳之動態響應，對工作缸性能提 升，控制精度較佳。故當電液負載感測系統調節控制泵之供油壓力時，
對工作缸之動態響應會有所影響，如何使系統兼具高響應之伺服控制與 節能控制之特性，為第二年（90 年度）研究所欲深入探討之重點。
由第一年之研究得知，閥控液壓缸系統之伺服控制將會影響電液負載感 測系統之供油壓力控制，閥控液壓缸系統之軌跡控制、速度控制及力控 制，其比例控制閥之閥口維持常開狀態，將可與電液負載感測系統之供 油壓力控制進行整合控制﹔而閥控液壓缸系統之位置控制則不適合，主 因在於當液壓缸到達所控制位置時，比例控制閥之閥口趨近關閉狀態，
使得供油壓力升高至釋壓閥所設定之系統最高壓力，並維持此最高供油 壓力，使得電液負載感測系統之供油壓力控制無法作用。故將針對閥控 液壓缸系統之軌跡控制及速度控制與電液負載感測系統之供油壓力控制 進行整合控制研究。此控制系統為 2 進 2 出之 MIMO 控制系統，且二系 統互相耦合影響，供油壓力大小影響伺服控制，而伺服控制之比例控制 閥閥口開關亦影響負載感測系統之供油壓力控制。故本文將嘗試應用現 代控制理論 Fuzzy 及 Robust Control 發展 MIMO 控制系統之控制器。
第三年(NSC91-2212-E-011-018)：以變轉速定排量泵進行節能控制結合 伺服控制
以變頻器改變 AC 馬達之轉速，控制定排量泵之輸出流量及供油壓力，
結合第二部分所發展之閥控液壓缸系統之伺服控制，比較變轉速定排量
度）之研究重點。將原實驗系統加裝一變頻器，改變 AC 馬達之轉速，
控制定排量泵之輸出流量及供油壓力，此系統適用於室內以電動機驅動 之閥控液壓系統，如射出成型機等，除結合第二年所發展之閥控液壓缸 系統之軌跡及速度控制，將針對射出成型機所應用之力控制結合供油壓 力控制進行研究，應用現代控制理論 Fuzzy 及 Robust Control 發展 MIMO 控制系統之控制器，並比較變轉速定排量泵系統與定轉速變排量泵 系統對相同之伺服控制之影響，此為第三年（91 年度）之研究重點。
本研究成果報告內容共分七章，其安排架構如下：第一章為緒論，
說明研究動機、整合控制系統、文獻回顧與本文架構。第二章介紹實驗 機台設備與元件規格。第三章介紹整合控制系統之數學模型建立。第四 章控制理論，包含 4.1 節：基因演算法與