电液比例同步控制系统建模及控制策略研究

论文摘要

同步运动控制的研究在国内外一直是个热门课题。在工业生产中,要求转角同步或直线位移同步的机械种类繁多。液压同步控制因其结构简单、组成方便、易于控制和适宜大功率场合等诸多优点,在各个工业领域中得到了广泛应用。本论文详细研究了目前各种阀控非对称缸数学建模的资料,并对其不足之处做了简单的说明,同时提出了建立阀控非对称缸数学模型新的建模思路。本论文在查阅大量国内外有关文献的基础上,对液压同步控制系统提出了—集中控制型、分散控制型和独立控制型等新的分类方法。论文对控制策略做了重新的定义,进一步明确了各基本控制策略的形式,并对各基本控制形式的性能和特点做了分析和对比。本论文在原有控制策略的基础上提出了新的控制策略形式：非对称控制策略。按控制方式的不同,集中控制型液压同步系统可分为分补油式、放油式和既补又放式三种,应用很广。本论文对这三种同步回路做了较深入的研究,在相同工况及外干扰条件下,采用新的建模方法和理念,建立了三种液压同步控制系统的数学模型,所得到的数学模型有一定理论价值。本论文运用控制理论的原理对三种液压同步控制回路的静、动态特性做了详细的分析,提出了液压同步控制系统参数的设计方法,建立了三种液压同步控制形式的主要性能指标的参数化表达式,并推导了三种液压同步控制形式的主要技术指标的计算模型,据此对三种液压同步控制形式的参数作了精确的计算验证。本论文讨论了PID调节器参数的整定方法,并通过对各种参数整定方法的对比,决定选用试凑法对PID调节器参数进行整定。通过试凑法确定了三种液压同步控制形式各组PID控制器的最优参数组合,为了能对三种液压同步控制形式经PID校正后进行对比,对三种液压同步控制形式的PID调节器的参数做了统一的处理。利用MATLAB中的SUMLINK工具,对三种液压同步控制形式进行了仿真研究,分析对比了控制策略对系统性能的影响,找出各同步控制系统PID调节器的最优控制参数。最后通过对各同步控制系统PID调节器参数的统一,得出了一些对工程应用具有理论指导意义的结论,达到了预期的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 同步概述
• 1.1.1 同步的简介
• 1.1.2 同步的分类
• 1.2 同步系统的特点
• 1.2.1 机械同步
• 1.2.2 机电同步
• 1.2.3 液压同步
• 1.3 论文选题的意义和主要研究的内容
• 第二章 非对称缸数学模型及控制策略研究
• 2.1 阀控非对称缸的数学模型及其分类
• 2.1.1 非对称液压缸的特点及应用
• 2.1.2 非对称液压缸数学建模的研究
• 2.2 非对称缸液压同步控制策略
• 2.3 开环与闭环同步回路的比较
• 2.4 非对称控制策略
• 第三章 同步控制系统数学建模研究
• 3.1 电液比例方向节流阀的数学模型
• 3.1.1 动铁式力矩马达
• 3.1.2 力矩马达的基本方程
• 3.1.3 挡板上的液动力
• 3.2 阀控非对称缸的数学建模
• 3.2.1 集中控制型补油式闭环同步回路数学模型
• 3.2.2 集中控制型放油式闭环同步回路数学模型
• 3.2.3 集中控制型既补又放式闭环同步回路数学模型
• 3.3 同步误差
• 第四章 液压同步控制系统静、动态特性分析
• 4.1 稳定性分析
• 4.1.1 集中控制型补油式闭环同步系统稳定性分析
• 4.1.2 集中控制型放油式闭环同步系统稳定性分析
• 4.1.3 集中控制型既补又放式闭环同步系统稳定性分析
• 4.2 同步稳态误差分析
• 4.2.1 集中控制型补油式闭环同步回路稳态位置误差
• 4.2.2 集中控制型放油式闭环同步回路稳态位置误差
• 4.2.3 集中控制型既补又放式闭环同步回路稳态位置误差
• 4.3 参数设计计算
• 4.3.1 比例阀总放大系数设计
• 4.3.2 校正环节设计
• 4.4 参数设置
• 4.4.1 系统参数设置
• 4.4.2 求取比例阀系数
• 4.4.3 求取位移传感器系数
• 4.5 求取比例阀总放大系数
• 4.5.1 按稳定性要求计算
• 4.5.2 按稳态误差要求计算
• 4.5.3 开环频率特性分析
• 4.5.4 同步误差计算
• 第五章 液压同步控制系统的校正及数字仿真研究
• 5.1 引言
• 5.2 调节器的确定
• 5.3 模拟PID调节器控制模型
• 5.4 系统数字仿真研究
• 5.4.1 仿真环境简介
• 5.4.2 常用PID参数整定方法
• 5.5 PID校正数字仿真
• 5.5.1 集中控制型补油式闭环同步回路的PID校正数字仿真
• 5.5.2 集中控制型放油式闭环同步回路的PID校正数字仿真
• 5.5.3 集中控制型既补又放式闭环同步回路的PID校正数字仿真
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文目录