基于模糊PID控制的机油冷却器疲劳性能脉冲试验系统的研制

论文摘要

机油冷却器是内燃机润滑系统中重要的部件,其质量的好坏直接影响发动机的运行效果。机油冷却器的疲劳试验是其质量检测中重要的试验之一,随着生产厂家对试验控制精度要求的提高,本文结合电液比例技术与模糊PID控制策略,设计出了一套适用于疲劳性能脉冲试验台的控制系统,改善了控制效果,提高了系统的稳定性。论文主要工作内容如下:(1)介绍了机油冷却器和疲劳性能脉冲试验的基本原理,概述了电液比例技术的发展与特点,总结了目前电液比例控制策略的种类。(2)系统介绍了PID控制、模糊控制以及模糊PID控制的基本原理,详细叙述了模糊控制器的设计过程并结合实际分析了设计过程中关键问题的解决策略。(3)根据疲劳性能脉冲试验台的特点,建立了系统的数学模型。完成了适用于本套系统的模糊PID控制器的具体设计,详细介绍了模糊推理的数学过程并给出了计算的中间数据,为不同的模糊推理规则和清晰化方法提供了比较依据。(4)按照DCS的设计思想,设计了系统硬件的总体结构,完成了对控制系统硬件设备的选型和对中间控制电路的设计,并分析了其控制原理和各个部分的主要功能。(5)根据试验台的控制要求设计了系统上下位机的软件流程,实现了模糊PID控制参数调整的上位机程序和下位机控制算法程序。完成了上下位机以及下位机与温控器的通讯协议的制定。(6)在MATLAB/Simulink中,利用fuzzy logic toolbox设计了模糊PID控制器并搭建了系统的仿真模型,分别对PID控制和模糊PID控制的阶跃响应、传感器干扰以及正弦波响应进行了仿真,通过比较分析模糊PID控制器控制效果在超调量、稳定时间和抗干扰能力方面都优于传统的PID控制器,提高了疲劳脉冲试验系统的跟随能力和稳定性,并且在系统特性参数发生一定改变的情况下,模糊PID控制器仍可以保持较好的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 机油冷却器脉冲疲劳性能试验台概述
• 1.1.1 机油冷却器
• 1.1.2 机油冷却器脉冲疲劳性能试验台
• 1.2 电液比例控制技术概述
• 1.2.1 电液比例技术的发展
• 1.2.2 电液比例控制系统的结构
• 1.2.3 电液比例控制系统的特点
• 1.3 电液比例控制系统控制策略概述
• 1.4 论文背景及研究内容
• 1.4.1 论文背景
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 模糊PID控制算法的基础理论
• 2.1 PID控制算法
• 2.1.1 PID控制器的基本原理
• 2.1.2 数字PID的控制算法
• 2.1.3 PID参数整定
• 2.1.4 PID控制器采样周期选择
• 2.2 模糊控制算法
• 2.2.1 确定模糊控制器的输入和输出量
• 2.2.2 输入输出变量模糊化
• 2.2.3 模糊控制器的控制规则
• 2.2.4 模糊推理
• 2.2.5 输出变量清晰化
• 2.3 模糊PID控制器
• 2.3.1 模糊PID控制器的工作原理
• 2.3.2 模糊PID控制器的基本分类
• 2.4 小结
• 第三章 系统建模及模糊PID控制器的设计
• 3.1 电液比例控制系统建模
• 3.1.1 电液比例控制系统原理
• 3.1.2 系统数学建模
• 3.2 模糊PID控制器的设计
• 3.2.1 确定系统的输入输出变量
• 3.2.2 输入变量的模糊化
• 3.2.3 PID模糊控制器控制规则
• 3.2.4 模糊推理及清晰化
• 3.2.5 模糊PID控制算法
• 3.3 小结
• 第四章 控制系统软硬件结构设计
• 4.1 控制系统设计要求
• 4.2 控制系统硬件结构设计
• 4.2.1 系统硬件总体结构
• 4.2.2 主要硬件设备选取
• 4.2.3 中间控制电路设计
• 4.3 控制系统软件结构设计
• 4.3.1 软件总体结构设计
• 4.3.2 上位机程序流程
• 4.3.3 下位机程序流程
• 4.3.4 通讯协议设定
• 4.4 小结
• 第五章 系统仿真及控制效果分析
• 5.1 仿真软件介绍
• 5.2 系统仿真模型的建立
• 5.2.1 PID控制仿真模型
• 5.2.2 模糊PID控制仿真模型
• 5.2.3 带干扰仿真模型
• 5.2.4 改变控制对象数学模型的仿真模型
• 5.3 仿真计算及结果分析
• 5.3.1 仿真模型参数的确定
• 5.3.2 模糊控制模块参数确定
• 5.3.3 仿真结果分析
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 附录A 推理后输出变量模糊控制规则
• 附录B 通讯协议的制定
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢