基于伪线性系统自适应模糊PID控制器的应用研究

论文摘要

电液伺服系统具有高度的非线性,其仍然是至今没有很好解决的问题。这些非线性主要由电液转换和控制元件(伺服阀、比例阀或节流阀)的节流特性和液压动力机构的滞环、死区及限幅等因素引起。对于后者引起的非线性(通常称为本质非线性),采用描述函数法已经能取得较好的效果,而对前者引起的非线性,目前还没有比较满意的统一处理方法。针对非线性问题,人们尝试利用反馈的方法将非线性系统变换为线性系统,然后再按照线性系统理论完成系统综合设计,逆系统方法由此产生。首先,本文针对电液驱动力控制系统建立了接近实际系统的非线性模型。对于非线性问题我们的处理方式是在稳态工作点处进行泰勒级数展开后得到局部线性化模型,这种线性化模型对于系统在设计工况点附近小范围变化时是可行的,而力控制系统的传递函数分子上比位置控制系统、速度控制系统多了一个二阶微分环节,除了影响系统性能外,还容易引起系统不稳定,在工作过程中系统的工作点往往是在较大范围内变化,并且要求具有驱动较大负载的能力,从而使增量线性化模型难于奏效。因此设计出高精度、适应能力强的控制系统的要求越来越迫切了。然后,本文将逆系统方法应用到电液驱动力控制系统中,对系统求逆,将逆系统置于原系统之前,构成伪线性系统,并为已求出的伪线性系统设计了自适应模糊PID控制器。实验结果表明,基于伪线性系统的自适应模糊PID控制能使电液驱动力控制系统在大范围内较快的跟踪给定信号,拓宽了系统的工作区域,且过渡过程短,超调量小,极大地改善了电液驱动力控制系统的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 逆系统状态反馈线性化方法
• 1.3 电液力控制研究进展
• 1.4 模糊PID控制方法简介
• 1.4.1 模糊控制
• 1.4.2 模糊控制与PID控制的结合
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 第2章 系统的建模与仿真
• 2.1 系统的工作原理及结构参数
• 2.1.1 系统的工作原理
• 2.1.2 系统参数的确定
• 2.2 线性模型的建立
• 2.2.1 传统线性化原理
• 2.2.2 力控制系统的传递函数
• 2.2.3 线性化的仿真分析
• 2.2.4 系统性能分析
• 2.3 非线性模型建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 逆系统方法简介
• 3.1 系统的可逆性及逆系统
• 3.2 单变量系统讨论
• 3.3 伪线性系统
• 3.4 非线性系统的逆
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 相对阶数
• 3.5 逆系统方法原理
• 3.5.1 基本原理
• 3.5.2 一般求逆算法
• 3.6 本章小结
• 第4章 控制器的设计与仿真
• 4.1 电液驱动力控制系统的可逆性
• 4.1.1 系统可逆性分析
• 4.1.2 建立伪线性系统
• 4.2 线性PID控制器的设计与仿真
• 4.2.1 线性PID原理
• 4.2.2 线性PID控制器的参数整定
• 4.2.3 线性PID控制器的仿真
• 4.3 自适应模糊PID控制器的设计与仿真
• 4.3.1 自适应模糊PID的控制原理
• 4.3.2 PID参数模糊自整定控制规则
• 4.3.3 自适应模糊PID控制器的设计
• 4.3.4 建立模糊推理系统
• 4.3.5 自适应模糊PID控制器的仿真
• 4.4 控制器对比分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验分析
• 5.1 实验台的结构
• 5.1.1 实验台的硬件结构
• 5.1.2 实验台的软件结构
• 5.2 实验结果分析
• 5.2.1 原系统实验
• 5.2.2 PID控制实验
• 5.2.3 自适应模糊PID控制实验
• 5.3 控制器对比分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢