广义预测在气动位置伺服系统中的应用研究

论文摘要

随着工业自动化技术的发展,气动技术由于其成本低、无污染、安全可靠等诸多优点,已经被应用于自动化生产的各个领域。而作为此学科前沿研究领域之一的气动伺服技术更是被称为气动技术今后高科技应用发展的火车头,日渐受到人们的重视。目前国际上尚且只有少数成功应用于工业生产的气动位置伺服系统,而且大部分采用的是直动气缸执行元件,因此对摆动气缸位置伺服系统的研究具有一定的理论和实际意义。本文主要对比例流量阀控制的摆动气缸位置伺服系统的控制元件特性和控制策略进行了理论分析和仿真研究,以获得性能较好的气动位置伺服系统。首先针对比例流量阀控摆动气缸进行了系统特性分析,详细地描述了比例流量阀的特性,建立了系统的线性数学模型。论文详细阐述了广义预测控制(GPC)的产生背景和发展现状,给出了广义预测控制的基本算法、Diophantine方程的递推求解算法及程序流程图,分析了控制器参数对系统性能的影响和广义预测控制的特点,为后面将其应用于气动位置伺服系统奠定了基础。在文献的基础上,通过对摆动气缸位置伺服系统的特点分析结合广义预测控制理论的特点,给出了基于摆动气缸的广义预测控制方法。建立系统的CARIMA模型,并对其进行仿真试验。对比了广义预测控制和PID控制的结果,结果显示广义预测控制用于摆动气缸位置伺服系统明显好于PID控制,广义预测控制用于该系统是可行的、有效的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义和目的
• 1.2 气动伺服系统简介
• 1.2.1 电/气控制元件
• 1.2.2 气动执行器
• 1.2.3 控制器
• 1.3 气动旋转位置伺服系统的研究现状
• 1.4 气动伺服系统控制策略研究现状
• 1.4.1 PID 控制和自适应控制
• 1.4.2 滑模变结构控制
• 1.4.3 智能控制
• 1.4.4 复合控制
• 1.5 论文的主要工作
• 第二章 摆动气缸位置伺服系统线性化模型
• 2.1 比例流量阀特性特性概述
• 2.1.1 比例流量阀的工作原理
• 2.1.2 比例流量阀的压力特性
• 2.1.3 比例流量阀的流量特性
• 2.2 摆动气缸系统及其线性化数学模型
• 2.2.1 摆动气缸系统
• 2.2.2 线性化数学模型
• 第三章 广义预测控制
• 3.1 预测控制的产生与发展
• 3.1.1 预测控制的产生背景
• 3.1.2 预测控制的发展现状
• 3.2 广义预测控制的基本算法
• 3.2.1 广义预测控制算法的提出
• 3.2.2 基本原理
• 3.2.3 Diophantine 方程的递推求解算法及程序流程图
• 3.2.4 控制器参数对系统性能的影响
• 3.3 广义预测控制的特点
• 3.3.1 预测模型
• 3.3.2 滚动优化
• 3.3.3 反馈校正
• 第四章 广义预测控制在气动系统中的应用
• 4.1 比例流量阀控摆动气缸系统CARIMA 模型的建立
• 4.2 仿真结果
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢