沥青混凝土摊铺机智能控制系统的研究

论文摘要

实际的摊铺机控制系统大部分是基于传统PID控制算法的,通过调整PID控制器的三个参数达到预期的目标,这使得现场操作非常困难,而且由于工作环境发生变化或者外界干扰导致对象参数改变时,必须重新整定已调整好的参数,降低了摊铺施工效率。为了降低施工现场参数调节的难度,考虑到摊铺机非线性、滞后性、时变性等特征,本文重点对摊铺机自动找平系统的控制算法进行了研究并引入隐式自校正控制算法,通过分析得出摊铺机摊铺速度和给料的变化是影响找平系统的主要因素,并将它们作为确定性干扰引入前馈干扰。首先,使用传统的PID控制算法对找平系统进行研究,得出在参数改变、阶数改变等情况下的仿真结果,作为与自校正控制的对比基准;其次,利用损失函数法对系统延迟进行辨识,并在同样的条件下对找平系统进行自校正控制;采用滤波算法解决了实验中出现的控制量振荡问题,同时对仿真过程中出现的系统崩溃问题进行了研究,给出了具体的处理方法。最后,采用前馈-反馈控制算法消除了找平系统的确定性干扰。通过MATLAB/Simulink仿真实验表明,隐式自校正调节算法可以很好地跟踪设定值信号的变化,同时对于系统模型参数变化有良好的自适应能力,与传统的PID控制相比具有更好的动态性能,而且实际调节过程简单方便;加权平均滤波算法有效解决了控制量振荡的问题;通过大量的实验证明,合理选取遗忘因子的数值是保证系统稳定运行的前提;采用覆盖的方法预防系统实际运行中出现崩溃的情况;引入前馈-反馈控制方法,有效补偿了摊铺机找平控制系统的确定性干扰。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 摊铺机智能控制系统背景介绍
• 1.2 摊铺机自动找平系统国内外发展状况
• 1.2.1 自动找平控制系统的发展状况
• 1.2.2 目前国内外主要自动找平控制系统介绍
• 1.3 本文的研究内容
• 2 自动找平控制系统的研究
• 2.1 找平系统数学模型的建立
• 2.1.1 找平系统检测机构的数学模型
• 2.1.2 找平系统执行机构的数学模型
• 2.1.3 找平系统熨平装置的数学模型
• 2.1.4 找平系统反馈环节的数学模型
• 2.2 找半径制系统的数字模型
• 2.3 影响自动找平控制系统精度的几个因素
• 2.4 本章小节
• 3 算法介绍
• 3.1 经典PID控制算法
• 3.2 自校正控制理论
• 3.2.1 自校正调节器
• 3.2.2 隐式自校正调节器算法
• 3.2.3 滞后的辨识
• 3.3 前馈控制系统
• 3.4 本章小结
• 4 仿真实验
• 4.1 找平系统的PID仿真实验
• 4.1.1 找平系统滞后时间τ=0的情况
• 4.1.2 找平系统滞后时间τ≠0的情况
• 4.2 找平系统自校正控制的仿真实验
• 4.2.1 找平系统阶数的确定
• 4.2.2 找平系统滞后时间的辨识
• 4.2.3 找平系统自校正控制初始数据的获取
• 4.2.4 找平系统施工现场参数的整定
• 4.2.5 找平系统自校正控制对不同给定信号的跟踪情况
• 4.3 找平系统自校正控制仿真实验中的问题
• 4.3.1 找平系统控制量输出u（t）振荡的问题
• 4.3.2 一阶低通滤波器
• 4.3.3 仿真程序崩溃的问题
• 4.3.4 仿真程序崩溃的解决方案
• 4.3.5 递推最小二乘法遗忘因子ρ的选取
• 4.3.6 预防施工现场控制系统崩溃的措施
• 4.4 找平系统自校正控制与PID控制的比较
• 4.4.1 滞后对找平系统的影响
• 4.4.2 改变找平系统的参数
• 4.4.3 改变找平系统的阶数
• 4.5 本章小结
• 5 对确定性干扰的仿真实验
• 5.1 问题提出
• 5.2 确定性干扰的经典PID控制
• 5.3 确定性干扰的自校正控制
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢