电液位置伺服系统改进型模糊控制器设计及其在线实现方法

论文摘要

电液位置伺服系统作为机电控制系统的一个重要组成部分,因其控制精度高、响应速度快、输出功率大等特点,被广泛应用于工业生产的各个技术领域。但电液位置伺服系统存在着参数的时变性、外干扰和伺服阀的死区非线性等典型问题,实际应用时,为了获得比较好的性能,通常采取一定的校正措施。因此,对电液位置伺服系统的控制策略进行研究具有重要的实用价值和理论意义。文中首先论述了目前国内外在电液伺服系统及其控制策略方面的研究状况和进展。然后,以流体力学和经典控制理论为基础,建立了对称阀控非对称缸电液位置伺服系统的数学模型,探讨了液压缸的非对称性对阀口流量的影响,并详细分析了系统的动、静态特性和参数变化对系统性能的影响。针对电液位置伺服系统的快速性要求和参数时变性的特点,分别设计了PID控制器和模糊控制器。通过仿真研究可知,PID控制稳态精度高,但适应参数变化的能力差;模糊控制能够很好地适应参数变化,却不可避免稳态误差的存在。因此,提出比例-模糊PID控制策略。仿真结果表明,比例-模糊PID控制在保证系统良好鲁棒性的基础上,提高了快速性。本文详细介绍了PID控制,模糊控制和比例-模糊PID控制在实时工作间（RTW）中的实现方法,使得在Simulink中设计的控制器能对物理系统进行实验。通过RTW的实时仿真技术,在试验台上对三种控制器进行了实验验证。试验结果表明,比例-模糊PID控制能够确保电液位置伺服系统稳定工作和快速跟踪。而且,它对于参数变化的适应能力也明显优于其它两种控制器。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 电液伺服系统综述
• 1.2.1 电液伺服系统的基本结构及组成
• 1.2.2 电液伺服系统的发展概况
• 1.2.3 电液伺服系统的控制策略
• 1.2.4 模糊控制的发展及应用
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第二章 电液位置伺服系统数学模型
• 2.1 液压动力机构
• 2.1.1 伺服阀的负载流量方程
• 2.1.2 非对称液压缸的流量连续性方程
• 2.1.3 非对称液压缸和负载的力平衡方程
• 2.1.4 非对称动力机构的传递函数及其简化
• 2.2 电液伺服阀
• 2.2.1 活塞外伸时的伺服阀进油阀口特性
• 2.2.2 电液伺服阀的传递函数
• 2.3 伺服放大器
• 2.4 位移传感器
• 2.5 电液位置伺服系统的简化模型
• 2.6 阀控对称缸电液位置伺服系统
• 第三章 系统仿真与特性分析
• 3.1 计算机仿真概述
• 3.2 电液位置伺服系统仿真模型的建立
• 3.2.1 系统参数的数值量化
• 3.2.2 仿真模型的实现
• 3.3 系统特性分析
• 3.3.1 系统的稳定性分析
• 3.3.2 系统的响应特性分析
• 3.3.3 系统的稳态误差分析
• 3.4 电液位置伺服系统的不确定性因素
• 第四章 控制器设计
• 4.1 PID 控制
• 4.1.1 PID 控制的基本原理
• 4.1.2 PID 控制仿真
• 4.2 模糊控制
• 4.2.1 模糊控制的基本原理
• 4.2.2 常规模糊控制器的设计
• 4.2.3 模糊控制仿真
• 4.3 比例-模糊PID 控制
• 4.3.1 比例-模糊PID 控制策略的提出
• 4.3.2 比例-模糊PID 控制的基本原理
• 4.3.3 比例-模糊PID 控制器的设计
• 4.3.4 比例-模糊PID 控制的仿真
• 第五章 实验研究
• 5.1 RTW 基础
• 5.1.1 RTW 的主要功能
• 5.1.2 RTW 的使用
• 5.1.3 RTW 的运行步骤
• 5.2 实验系统
• 5.2.1 实验系统的组成
• 5.2.2 硬件接口设计
• 5.2.3 RTW 环境下控制器的实现
• 5.3 实验结果及分析
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文