电液比例位置控制系统研究

论文摘要

在现代的工程机械、冶金机械等的发展过程中，对电液位置控制技术的需求越来越迫切。随着比例技术的发展，其在很大程度上降低了生产成本、抗污染力强，因此在大多数的工业应用中逐渐取代了伺服阀。在研究系统的性能及相应控制策略的基础上设计了可用于电液比例位置控制系统研究的实验台。该实验台采用比例方向阀及配套的比例放大器驱动液压缸运动，使用美国NI公司的USB-6008数据采集卡，利用计算机控制，采用LabView8.5编写计算机程序，作为人机交互界面。本文针对电液比例位置控制系统的特点，建立了该系统各环节的数学模型，从模型可以看出该系统具有高阶非线性。针对控制系统的要求，着重研究了常规PID控制算法和模糊控制算法并编写了相应的控制程序。在实验中，根据实验结果实时调整实验参数以获得最佳的控制效果。实验结果表明，模糊控制通过对比例阀死区的补偿，基本消除了液压缸运动的不对称性，并且在快速性、准确性以及稳定性方面都优于PID控制，大大改善了系统的性能。模糊控制的系统误差在±1mm内，控制精度高达99.1%。PID控制的系统误差在±1.5mm内，控制精度为98.3%左右。在快速性方面，PID控制到达稳态的时间为79秒，而模糊控制到达稳态的时间仅为34秒。整个实验过程中，模糊控制无震荡现象产生，体现了其对控制系统具有较强的鲁棒性，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 电液比例控制技术发展及研究现状
• 1.2.1 电液比例控制技术国内外发展现状
• 1.2.2 电液比例技术所面临的问题
• 1.2.3 电液比例位置控制系统原理
• 1.3 虚拟仪器技术研究现状
• 1.4 论文研究的目的和意义
• 1.5 论文研究的主要内容
• 2 电液比例位置控制系统的组成及数学模型
• 2.1 电液比例位置控制系统总体结构
• 2.1.1 系统工作原理
• 2.1.2 液压控制系统
• 2.2 系统的硬件构成
• 2.2.1 电液比例方向阀
• 2.2.2 比例放大器
• 2.2.3 位移传感器
• 2.2.4 数据采集卡
• 2.3 电液比例位置控制系统的动态数学模型
• 2.4 小结
• 3 电液比例位置控制系统软件平台设计
• 3.1 数据采集硬件
• 3.2 LABVIEW 电液比例位置控制系统软件平台设计
• 3.2.1 软件开发语言和开发环境的选择
• 3.2.2 软件系统总体框图及流程图
• 3.3 数据采集及传输的应用程序设计
• 3.3.1 系统人机界面
• 3.3.2 DAQ 数据采集模块
• 3.3.3 DAQ 模拟输出模块
• 3.3.4 控制算法模块
• 3.4 小结
• 4 基于LABVIEW 的PID 控制系统研究与实现
• 4.1 PID 控制
• 4.1.1 PID 控制的基本原理
• 4.1.2 数字PID 控制
• 4.1.3 PID 参数整定
• 4.2 PID 控制工具包
• 4.3 LABVIEW 的PID 控制系统设计
• 4.3.1 PID 控制流程图
• 4.3.2 PID 控制程序设计
• 4.4 PID 控制实验研究
• 4.4.1 液压系统和电气系统的连接
• 4.4.2 实验研究
• 4.5 小结
• 5 基于LABVIEW 的模糊控制系统研究与实现
• 5.1 模糊控制
• 5.1.1 模糊的基本概念
• 5.1.2 模糊控制系统
• 5.2 模糊控制工具包
• 5.2.1 模糊控制工具包简介
• 5.2.2 模糊控制器设计
• 5.3 LABVIEW 的模糊控制系统设计
• 5.3.1 模糊控制流程图
• 5.3.2 模糊控制系统程序设计
• 5.4 比例方向阀的死区补偿
• 5.4.1 比例方向阀的死区
• 5.4.2 比例阀死区补偿分析
• 5.4.3 死区的变幅值补偿方法
• 5.5 实验研究
• 5.6 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文及获奖情况