钢管包装电液伺服系统控制策略及其应用研究

论文摘要

本文紧密结合钢管加工制造厂的实际工程应用项目——“钢管捆智能成形打捆包装系统”的研制，开展了理论和实验的研究，其主要内容为：第一章从钢管产品包装的重要性和钢管包装系统研制的必要性出发，介绍了国内外钢管捆智能成形打捆包装系统的现状，阐述了该系统所涉及的关键技术和研究状况及其发展趋势。接着，针对目前研究所存在的一些主要问题提出了解决思路，概括了本文的主要研究内容。第二章介绍了钢管包装系统，具体阐述了钢管捆包的成形原理，详细分析了关键子系统(液压伺服钢管水平输送系统、液压伺服钢管竖直输送及堆放系统和全自动钢管捆扎包装系统)的工作原理和设计要求，并对系统采用的主要元器件进行了参数计算和选型。第三章以非对称阀控非对称液压缸机构的非线性数学模型为基础，详细研究了钢管包装过程中的关键子系统(多液压缸驱动钢管输送及堆放电液伺服系统)的多自由度负载运动规律，建立了双缸及多缸伺服驱动情况下的系统非线性数学模型。并基于建立的系统模型，对影响钢管包装系统性能的非线性及不确定因素进行了相关的仿真分析，仿真结果说明了研究系统非线性及智能控制策略的必要性。第四章主要研究双缸驱动钢管包装电液伺服系统的粗糙——模糊PID控制策略。首先针对双缸驱动钢管水平输送系统，研究了具有二级结构的模糊自调整PID控制策略及其有效性。其次考虑双缸驱动钢管竖直输送及堆放系统的智能性要求，融合粗糙集数据分析(RSDA)技术，研究了具有堆放误差自学习补偿能力的粗糙——模糊PID控制策略。实际系统运行结果验证了该控制策略的智能性和有效性。第五章主要研究多液压缸驱动钢管包装电液伺服系统的QFT—NDOB控制策略。首先针对双缸驱动钢管竖直输送系统，采用定量反馈控制理论(QFT)和非线性系统扰动观测器(NDOB)设计原理，研究了QFT—NDOB控制策略及其有效性。其次针对多液压缸驱动钢管竖直输送系统，引入控制分配理论(CAT)，研究了扩展到多缸驱动情况的QFT—NDOB控制策略及其有效性。第六章首先介绍了浙江大学自行研制的钢管捆智能成形打捆包装系统的硬件组成；其次对研制的钢管水平和竖直定位堆放电液饲服系统进行了不同控制器控制下的具体性能测试，结果表明本文提出的控制策略较常规的PID控制具有更好的智能性、自适应性和鲁棒性；最后将不同的控制策略应用到实际钢管捆成形打捆包装生产中，长期实际生产运行结果说明本文提出的控制策略可以使系统有效地达到其各项性能指标和要求。

论文目录

第一章绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 钢管包装系统国内外研究及发展趋势

1.3 液压伺服同步控制系统和智能控制的发展与现状

1.3.1 多液压缸伺服同步控制系统的发展与现状

1.3.2 智能决策控制技术的发展与应用

1.4 论文的研究内容和论文结构

1.4.1 论文研究的内容

1.4.2 论文的结构

第二章钢管包装系统总体设计

2.1 整体系统工艺原理分析

2.1.1 钢管包装系统捆包成形原理

2.1.2 钢管包装系统总体工艺过程和性能指标

2.2 钢管输送及堆放电液伺服系统

2.2.1 钢管竖直输送及堆放电液伺服系统

2.2.2 钢管水平输送电液伺服系统

2.3 全自动钢管捆扎包装系统

2.4 本章小结

第三章钢管包装电液伺服系统数学模型

3.1 对称电液比例阀控非对称缸机构的数学模型

3.2 钢管包装电液伺服系统数学模型

3.2.1 双缸驱动钢管水平输送电液伺服系统数学模型

3.2.2 多缸驱动钢管竖直输送及堆放电液伺服系统数学模型

3.3 钢管包装电液伺服系统参数确定

3.4 钢管包装电液伺服系统控制性能影响因素分析

3.4.1 钢管包装电液伺服系统同步误差的产生与分析

3.4.2 钢管竖直堆放误差的产生与分析

3.5 本章小结

第四章钢管包装电液系统粗糙-模糊PID控制研究

4.1 引言

4.2 钢管水平输送电液伺服系统模糊PID控制研究

4.2.1 双缸驱动钢管水平输送系统模糊PID控制策略

4.2.2 双缸驱动钢管水平输送电液伺服系统仿真研究

4.3 钢管竖直输送及堆放系统粗糙-模糊PID控制研究

4.3.1 基于粗糙集数据分析的模糊控制原理

4.3.2 钢管竖直输送及堆放电液伺服系统粗糙-模糊PID控制研究

4.4 本章小结

第五章钢管包装电液系统QFT-NDOB控制研究

5.1 引言

5.2 双缸驱动钢管竖直输送系统QFT-NDOB控制研究

5.2.1 双缸驱动钢管竖直输送系统控制策略分析

5.2.2 定量反馈控制理论基本原理

5.2.3 基于非线性系统扰动观测器的控制器设计原理

5.2.4 双缸驱动钢管竖直输送系统QFT-NDOB控制器设计

5.2.5 双缸驱动钢管竖直输送堆放电液伺服系统仿真研究

5.3 多缸驱动竖直输送系统QFT-NDOB控制研究

5.3.1 多缸驱动竖直输送系统控制策略分析

5.3.2 冗余液压缸控制的控制分配原理

5.3.3 四缸驱动钢管竖直输送系统QFT-NDOB控制器设计

5.3.4 四缸驱动钢管竖直输送电液伺服系统仿真研究

5.4 本章小结

第六章钢管包装电液伺服系统实验研究

6.1 钢管包装电液伺服系统的硬件组成

6.2 钢管包装系统的控制软件设计

6.3 钢管包装电液伺服系统的实验研究

6.4 钢管包装系统的实际生产运行结果

6.5 本章小结

第七章结论与展望

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表学术论文和参加科研项目

致谢

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