阀控非对称缸伺服系统变论域自适应模糊PID控制研究

论文摘要

阀控非对称缸由于结构简单、空间体积小,广泛地应用于液压伺服系统中。然而由于阀控非对称缸液压伺服系统是典型的非线性系统,常规的PID控制无法取得理想的效果。本论文将模糊控制和PID控制相结合,通过模糊控制器在线实时调整PID参数,实现了变论域自适应模糊PID控制。利用LabVIEW与MATLAB软件的无缝集成,在FESTO TP511液压实验台上,实现了阀控非对称缸位置伺服系统的变论域自适应模糊PID控制。主要研究工作如下:（1）研究了阀控非对称缸液压伺服系统的工作特征,建立了非对称液压缸双向运动的传递函数模型。（2）用变论域自适应模糊PID控制原理,对带有死区的非线性系统实施了控制,并通过仿真算例与常规模糊PID控制方法进行了比较。（3）运用了LabVIEW程序软件和NI公司的PCI6014数据采集卡,实现了FESTO TP511液压实验台的双通道数据采集系统设计。（4）利用Z-N法和经验凑试法整定出了液压实验台的PID参数。利用LabVIEW和MATLAB程序软件无缝集成,在液压实验台上在线实现了常规PID和变论域自适应模糊PID两种控制策略。本论文比较系统地研究了阀控非对缸伺服系统的变论域自适应模糊PID控制方法,并通过LabVIEW与MATLAB软件无缝集成实现了液压伺服实验台的在线控制。实验结果表明该控制方法对阀控非对称缸伺服系统具有较好的控制性能,丰富了阀控非对称缸伺服系统控制领域的研究成果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 电液伺服系统智能控制研究现状
• 1.3 论文主要内容
• 第二章 阀控非对称缸伺服系统建模
• 2.1 阀控非对称缸伺服系统原理
• 2.2 伺服阀及位移传感器传递函数
• 2.3 阀控非对称缸数学模型
• 2.3.1 液压缸活塞杆外伸
• 2.3.2 液压缸活塞杆内缩
• 2.4 阀控非对称缸液压系统传递函数分析
• 第三章 变论域自适应模糊 PID 控制方法
• 3.1 数字 PID 控制
• 3.1.1 PID 控制原理
• 3.1.2 数字 PID 控制算法
• 3.2 模糊控制
• 3.2.1 模糊控制的基本原理
• 3.2.2 模糊逻辑推理方法
• 3.2.3 解模糊方法
• 3.2.4 模糊控制器结构
• 3.3 变论域自适应模糊 PID 控制
• 3.3.1 自适应模糊 PID 控制
• 3.3.2 变论域自适应模糊 PID 控制
• 3.3.3 基于阶跃响应相平面特性的 PID 模糊控制规则
• 3.4 仿真算例
• 3.4.1 变论域自适应模糊 PID 控制器设计
• 3.4.2 仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 液压实验台数据采集系统设计
• 4.1 数据采集系统硬件构成
• 4.1.1 TP511 液压伺服实验台
• 4.1.2 PCI6014 数据采集卡
• 4.2 软件组成
• 4.2.1 虚拟仪器
• 4.2.2 LabVIEW 软件平台
• 4.3 数据采集系统设计
• 4.3.1 控制信号发生程序设计
• 4.3.2 数据采集程序设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 LabVIEW 和 MATLAB 集成的变论域自适应模糊 PID 控制实现
• 5.1 基于 LabVIEW 的液压实验台常规 PID 控制
• 5.1.1 PCI6014 采集卡 NI-DAQmx 模拟输入输出通道配置
• 5.1.2 PID 控制器参数整定方法
• 5.1.3 常规 PID 控制程序
• 5.1.4 常规 PID 控制结果分析
• 5.2 变论域自适应模糊 PID 控制
• 5.2.1 变论域自适应模糊 PID 控制器设计
• 5.2.2 LabVIEW 环境下变论域自适应模糊 PID 控制程序
• 5.2.3 LabVIEW 与 MATLAB 无缝集成
• 5.2.4 变论域自适应模糊 PID 控制结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读学位期间发表论文及获奖情况