基于高速开关阀的气缸控制策略研究

发布时间：2017-10-24 15:18

  本文关键词：基于高速开关阀的气缸控制策略研究

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【摘要】：气压传动技术以其高效、节能、防爆、防燃、防电子干扰、低成本、寿命长、无污染、结构简单、易维护等优点在现代工业中被广泛使用,其中气动伺服技术更是工业自动化领域不可或缺的一部分。高速开关阀以其低成本、小型化、高性能等优点非常符合当前工业和市场对气动伺服的要求,在此背景下本文对高速开关阀控气缸的控制策略进行了探索性的研究。本文以气缸两腔分别连接两个高速开关阀的位置控制系统为研究对象,首先介绍了目前国际上气动伺服技术的发展和各种控制元件的研究情况,并根据系统的结构和流体的特性对系统中的高速开关阀和气缸进行了数学建模,同时搭建了Simulink仿真模型。其次,介绍了PWM控制技术的原理,并对低压PWM气动系统中的高速开关阀流量线性区间的拓宽方法进行了仿真研究。分析了在脉宽调制器控制下多种参数对于输出流量曲线的影响,同时采用传统PWM补偿控制和新型PWM分段补偿控制方式来尝试拓宽流量线性区间并仿真对比了控制效果。稍后介绍了气动系统常用的控制方式,并设计了一种针对高速开关阀控气缸的位置控制策略,具体为由基于模糊切换的自调整模糊PID复合控制器控制脉宽控制器的输出占空比信号,以实现对气缸的位置控制。并且对比普通PID控制时的控制效果来验证新控制策略的可行性。最后,建立了高速开关阀控气缸系统的AMESim仿真模型,并利用软件提供的接口实现了与Matlab/Simulink的联合仿真。研究了系统中各参数变化对系统造成的影响,为此类型的气动系统的设计和推广提供了一定借鉴作用。
【关键词】：高速开关阀 PWM 控制策略 联合仿真
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH138.5
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 课题背景14
• 1.2 气动伺服系统的研究分类14-15
• 1.3 气动位置伺服系统概述15
• 1.4 气动位置伺服系统的研究现状15-17
• 1.4.1 执行元件的研究现状15-16
• 1.4.2 控制元件的研究现状16-17
• 1.5 课题的研究意义及研究内容17-19
• 1.5.1 课题的研究意义17-18
• 1.5.2 本文的研究内容及安排18-19
• 第二章 高速开关阀控气缸系统组成及数学建模19-35
• 2.1 高速开关阀控气缸的系统原理19-20
• 2.2 系统的主要组成元件20-21
• 2.2.1 高速开关阀20
• 2.2.2 直线气缸20
• 2.2.3 位移传感器20-21
• 2.3 气动系统建模基础21-28
• 2.3.1 温度—压力方程21-22
• 2.3.2 流量方程22-26
• 2.3.3 流量系数26-28
• 2.4 高速开关阀控气缸系统的数学模型28-33
• 2.4.1 高速开关阀数学模型29-30
• 2.4.2 气缸数学模型30-33
• 2.5 Simulink仿真模型33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 PWM控制技术仿真研究35-47
• 3.1 PWM控制原理35-39
• 3.2 低压PWM气动系统的高速开关阀流量线性区间拓宽方法研究39-46
• 3.2.1 高速开关阀输出流量特性研究42-43
• 3.2.2 高速开关阀流量补偿控制43-44
• 3.2.3 新型分段式PWM补偿控制44-46
• 3.3 本章小结46-47
• 第四章 PID控制和基于模糊切换的自调整模糊PID复合控制的仿真研究47-66
• 4.1 气动系统控制方式分析47-48
• 4.2 控制系统的衡量标准48-49
• 4.3 常规PID控制器原理介绍49-55
• 4.3.1 PID控制的基本原理49-50
• 4.3.2 数字PID控制算法50-51
• 4.3.3 数字PID控制器的采样周期选定51-52
• 4.3.4 PID控制参数整定52-53
• 4.3.5 基于PID控制的Simulink仿真53-55
• 4.4 基于模糊切换的自调整模糊PID复合控制55-64
• 4.4.1 模糊控制概述55
• 4.4.2 模糊控制的基本原理55-56
• 4.4.3 模糊控制器的设计与分析56-57
• 4.4.4 模糊控制器设计的方法57-60
• 4.4.5 自调整模块的设计60-61
• 4.4.6 模糊切换模块的设计61-63
• 4.4.7 基于模糊切换的自调整模糊PID复合控制的Simulink仿真63-64
• 4.5 仿真结果分析64-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第五章 联合仿真研究66-74
• 5.1 AMESim仿真软件简介66
• 5.2 Matlab/Simulink软件介绍66-67
• 5.3 联合仿真67-73
• 5.3.1 气动系统的AMESim模型67-69
• 5.3.2 基于AMESim和Simulink的高速开关阀控气缸联合仿真研究69-71
• 5.3.3 不同参数下的仿真结果分析71-73
• 5.4 本章小结73-74
• 总结与展望74-75
• 1 总结74
• 2 展望74-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录79

【参考文献】

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本文编号：1089329