模糊自整定PID控制在压注机电液控制系统中的应用研究

论文摘要

压注机是将原料加热熔化后注射到模具中,经过冷却后得到成品的一种快速成型设备。它主要包括合模、注射、保压、冷却、开模等工作过程,影响产品质量的关键是由注射控制系统控制的注射与保压两个工艺过程。为获得高质量的产品,必须运用控制理论技术,设计出高性能的控制器对注射系统进行合理的控制,使注射速度、保压压力快速的跟踪期望值的变化。在本文的研究中,注射系统由液压伺服系统实现,其注射与保压阶段分别对应于电液位置和电液力伺服控制系统。由于液压系统、熔料流动、注射模具等的复杂性,导致建立精确的数学模型困难甚至不可能,因此,传统PID控制无法满足控制系统的要求。针对注射系统是一个非线性、大时滞、间歇工作的复杂系统这一特点,本文提出采用基于模糊推理的模糊自整定PID控制策略来实施对系统的控制。压注机注射系统对注射速度、保压压力的动态性能以及稳态精度的要求高,而且还要求电液系统从注射阶段能快速而又平稳的切换到保压阶段。因此,本文在建立电液控制系统动力学模型的基础上,将模糊推理的思想引入到控制系统的设计中,结合成熟的PID控制,设计出一种在控制全过程中能实现PID三个参数实时调整、实时优化的模糊自整定PID控制器,从而提高了系统的响应速度以及稳态精度。在具体的研究中,本文利用Matlab/Simulink软件平台建立模糊自整定PID控制器、改进的模糊自整定PID控制器。在建立位置控制系统、力控制系统、控制系统的切换仿真模型的基础上,通过仿真对比分析各类控制器的控制效果。最后,将设计的控制器应用于对实验台的控制。仿真与实验结果表明,比起传统的PID控制,模糊PID控制器的引入明显提高了控制系统的性能,而改进后的模糊PID控制器使系统的控制效果再一次得到提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与研究的意义
• 1.2 注塑机的发展
• 1.3 电液伺服系统的控制策略
• 1.3.1 PID 控制
• 1.3.2 自适应控制
• 1.3.3 鲁棒控制
• 1.3.4 神经网络控制
• 1.3.5 模糊控制
• 1.4 模糊控制技术的概述
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 模糊控制的发展
• 1.4.3 模糊控制的特点
• 1.4.4 基于模糊PID 的注塑机控制
• 1.5 课题的主要研究内容
• 第2章 压注机注射系统的建模与分析
• 2.1 引言
• 2.2 压注机的工作原理
• 2.2.1 压注机的工作过程
• 2.2.2 压注机注射系统的工作原理
• 2.3 电液伺服系统建模
• 2.3.1 伺服阀
• 2.3.2 液压动力机构
• 2.3.3 伺服放大器
• 2.3.4 注射系统的开环传递函数
• 2.4 伺服系统的参数确定
• 2.5 注射系统模型分析
• 2.5.1 注射阶段
• 2.5.2 保压阶段
• 2.6 本章小结
• 第3章 模糊PID 控制器的设计与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 PID 控制原理
• 3.3 模糊控制器的原理与结构
• 3.3.1 模糊控制原理
• 3.3.2 模糊控制器的结构
• 3.3.3 模糊控制器的设计流程
• 3.4 模糊自整定PID 控制器的设计
• 3.4.1 模糊自整定PID 的结构与原理
• 3.4.2 模糊控制器的设计
• 3.4.3 改进的模糊控制算法
• 3.5 模糊PID 控制的仿真
• 3.5.1 位置控制系统仿真
• 3.5.2 力控制系统仿真
• 3.5.3 控制系统的切换仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统实验及分析
• 4.1 引言
• 4.2 电液伺服实验系统
• 4.2.1 伺服系统原理
• 4.2.2 伺服系统的主要构成
• 4.2.3 伺服控制系统的软件设计
• 4.3 实验分析
• 4.3.1 位置控制系统
• 4.3.2 力控制系统
• 4.3.3 控制系统的切换
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢