电液步进缸的建模与仿真

论文摘要

本论文以日本石川岛播磨重工业株式会社（ISHIKAWAJIMA-HARIMA HEAVY INDUSTRIES CC. LTD）生产的一种电液步进缸为研究对象,详细研究了内置式电液步进缸的性能、组成、工作原理及控制方式等。本论文分析了该电液步进缸的基本工作原理,把其简化为三通阀控制差动缸的物理模型,在此基础上利用已知系统和元件的参数建立了数学模型,该模型能够准确体现系统的动、静态特性。本文在建立的合理的数学模型的基础上,用MATLAB软件对系统的稳定性作了分析。并且利用MATLAB软件的Simulink仿真出来反映电液步进缸系统动态性能的曲线。对仿真的结果分析,虽然得到的结果能够满足系统的控制要求,但是仍存在一些不足。根据以上对系统动态性能的分析,本文在详细了解控制理论等相关知识的基础上,把PID控制器引入了系统,使系统的动态特性得到改进,控制效果也得到了一定的提高。为进一步提高系统的性能,本文最后介绍了模糊控制,引入了一种模糊自适应PID控制方法,仿真结果表明这种控制方法具有较好的响应能力、具有较高的稳定性,实现了系统性能的优化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景及工程意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 数字液压缸和数字液压系统
• 1.3.1 液压控制数字化
• 1.3.2 数字化液压缸
• 1.3.3 数字化微机液压系统
• 1.4 本文研究内容及主要工作
• 第2章 直接位移反馈电液步进缸
• 2.1 电液步进缸的技术性能
• 2.2 电液步进缸的组成及工作原理
• 2.3 电液步进缸的PLC控制方法
• 2.4 电液步进缸中选用的部分元件
• 2.4.1 步进电机
• 2.4.2 内置式直接位移反馈随动伺服阀
• 2.4.3 位移反馈传感器
• 2.5 直接位移反馈电液步进缸的特点
• 第3章 电液步进缸的建模与分析
• 3.1 数学模型的建立与简化方法
• 3.1.1 数学模型的建立方法
• 3.2 液压伺服系统物理模型的建立
• 3.3 液压伺服系统数学模型的建立
• 3.3.1 伺服阀的流量方程
• 3.3.2 液压缸的流量连续性方程
• 3.3.3 非对称液压缸力平衡方程
• 3.4 电液步进缸系统其他环节模型的建立
• 3.4.1 步进电机的传递函数
• 3.4.2 机械转换的传递函数
• 3.4.4 检测反馈元件的选择及其传递函数
• 第4章 电液步进缸仿真参数确定与仿真
• 4.1 计算机仿真及其在液压中的应用
• 4.1.1 仿真的基本概念
• 4.1.2 仿真系统的分类
• 4.1.3 仿真技术在液压系统中的应用
• 4.2 电液步进缸模型仿真参数的确定
• 4.2.1 驱动放大电路的增益
• 4.2.2 位移反馈元件的增益
• 4.2.3 步进电机传递函数的确定
• 4.2.4 机械转换部分参数的确定
• 4.2.5 液压油液参数的确定
• 4.2.6 伺服阀参数的确定
• 4.2.7 液压缸参数的确定
• 4.2.8 液压缸仿真模型参数的确定
• 4.3 电液步进缸系统的特性分析与研究
• 4.3.1 系统稳定性分析
• 4.3.2 电液步进缸的特性分析
• 4.4 电液步进缸的动态仿真
• 4.4.1 Simulink仿真软件的介绍
• 4.4.3 在Simulink软件中建立电液步进缸的仿真模型
• 第5章 电液步进缸的控制策略及仿真
• 5.1 PID控制器概述
• 5.1.1 PID控制原理简介
• 5.1.2 PID控制器参数整定及仿真结果分析
• 5.2 模糊控制
• 5.2.1 模糊控制的基本原理
• 5.2.2 模糊自适应PID控制
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢