液压同步顶升系统设计及控制策略研究

发布时间：2017-03-17 10:07

  本文关键词：液压同步顶升系统设计及控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：同步顶升液压系统是同步顶升技术装备的核心执行机构,采用该技术可以对桥梁等建筑物实施不损伤其原有的结构顶升或者是进行水平的移动,这种方法对比于传统爆破拆除方式来说,具有经济环保、无污染、效率高、交通中断时间短等诸多优点。我国现阶段由于核心技术的设计与使用经验不足不成熟以及设备成本的限制,利用同步顶升进行桥梁等建筑物进行顶升作业或者平移的装备和技术的研究处于工艺方法多种多样各自为战的水平。为促进我国同步顶升技术装备与工艺的研究开发,改善技术应用条件的局限性和通用性,本文通过对比分析梳理国内外相关技术的特点,设计了液压同步顶升装备的液压控制系统,建立了液压系统的模型,并通过液压仿真软件AMESim对有关液压结构进行了局部模拟顶升研究,得到了液压机构进行顶升作业的部分关键参数。本课题主要研究内容如下:(1)深入分析了国内外有关多液压缸同步顶升系统设备后国内外发展现状及发展趋势,研究了项目的研究背景和意义以及液压同步顶升技术的国内外应用情况及其典型的发展阶段的多个成功应用案例,通过深入了解究了影响同步顶升系统同步性能的因素和技术特点。(2)研究设计了一种以高性能工控机为核心控制平台,利用西门子PLC的可编程控制器进行控制,并将处理后的数据通过组态监控软件的人工操作界面的操作,去控制液压缸等系统执行机构进行顶升,组态监控软件为软件平台与传感器构成的分布式同步顶升控制系统的总体方案、液压基站的技术方案、液压回路方案、系统间网络通信方案等。(3)依据同步顶升液压基站选用的液压缸和液压控制阀,对液压系统进行设计和理论计算分析,对AMESim软件逐步搭起来的同步顶升液压系统仿真模型设置不同的仿真参数,模拟受力不同、偏载等工况下顶升作业参数,进而分析验证仿真模型的正确性。(4)利用MATLAB仿真软件的Simulink包设计模糊PID控制器,结合AMESim与Simulink接口搭起联合仿真模型,详细介绍仿真平台相关参数以及软件接口的设置方法,在该联合仿真平台上对同步顶升液压系统进行不同工作状态和工作方式的算法仿真,对仿真结果进行对比分析,确定有关关键的工作参数,增加同步性的牢固可靠程度与精度。再通过对液压顶升系统软硬件进行调试,根据结果分析系统性能及有效性,逐项进行优化改进,为实际的顶升工程应用做准备打基础。(5)根据液压同步顶升系统的技术方案进行元器件的选型;PLC硬件选型与程序设计;上位机系统组态监控软件选型与设计、HMI界面与界面趋势图设计,上位机报警与故障显示设计;进行了组态软件与PLC间的网络通信设计,PLC系统通信方法设计等。
【关键词】：液压系统 同步顶升 建模仿真 模糊控制 PID
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH137
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题来源10
• 1.2 选题背景10-11
• 1.3 同步顶升技术发展现状11-13
• 1.3.1 同步顶升技术国外发展现状11-12
• 1.3.2 同步顶升技术国内发展现状12-13
• 1.4 研究目的与意义13-15
• 1.5 研究方法与内容15-17
• 第2章 液压同步顶升系统设计17-30
• 2.1 液压同步顶升工艺方案设计17-19
• 2.2 液压同步顶升系统总体方案设计19-21
• 2.3 同步顶升液压系统方案设计21-25
• 2.3.1 同步顶升系统液压基站方案设计21
• 2.3.2 桥梁同步顶升工艺流程设计21-22
• 2.3.3 同步顶升液压基站液压回路设计22-25
• 2.4 同步顶升PLC控制系统方案设计25-27
• 2.4.1 系统的硬件方案设计25
• 2.4.2 PLC控制系统控制流程设计25-26
• 2.4.3 传感器布置方案26-27
• 2.5 上位机系统监控软件方案设计27-28
• 2.5.1 上位机系统的设计原则27
• 2.5.2 上位机组态软件选择与布局27-28
• 2.6 系统间网络通信方案设计28-29
• 2.6.1 SIEMENS S7-300网络通信28-29
• 2.6.2 WinCC与PLC通信29
• 2.7 本章小结29-30
• 第3章 液压同步顶升系统建模与仿真30-44
• 3.1 建模基础30-34
• 3.1.1 液压比例技术31-32
• 3.1.2 AMESim软件及其操作流程32-34
• 3.2 同步顶升液压系统建模34-37
• 3.2.1 同步顶升单个液压缸建模34-35
• 3.2.2 同步顶升液压基站建模35-37
• 3.3 系统仿真及验证37-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 液压同步顶升系统控制策略研究44-60
• 4.1 经典PID控制策略研究44-46
• 4.1.1 经典PID控制策略的基本原理44-45
• 4.1.2 PID控制策略相关参数的整定45-46
• 4.2 模糊PID控制策略研究46-52
• 4.2.1 模糊控制的基本原理46-48
• 4.2.2 模糊PID控制器的设计48-51
• 4.2.3 模糊规则的建立51-52
• 4.3 液压同步顶升控制系统的联合仿真52-54
• 4.3.1 联合仿真模型的建立53
• 4.3.2 联合仿真接口设置53-54
• 4.4 联合仿真模型性能分析54-59
• 4.4.1 当各缸所受载荷不同时，，液压基站仿真比较54-55
• 4.4.2 当计入各顶升缸安装误差时，液压基站仿真比较55-56
• 4.4.3 当液压顶升缸加压时，液压基站仿真比较56-58
• 4.4.4 当其中一个顶升缸发生偏载时，液压基站仿真分析58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 液压同步顶升系统硬件设计60-80
• 5.1 液压同步顶升系统元件选型60-65
• 5.2. PLC控制系统设计65-69
• 5.2.1 PLC硬件选型65-67
• 5.2.2 PLC程序设计67-69
• 5.3 上位机系统监控软件设计69-77
• 5.3.1 上位机软件HMI界面布局69-70
• 5.3.2 WinCC趋势图界面设计70-75
• 5.3.3 WinCC报警与故障显示设计75-77
• 5.4 WinCC与SIEMENS S7-300 PLC的通信77-78
• 5.5 同步顶升系统模拟试验台设计78-79
• 5.6 本章小结79-80
• 第6章 现场调试与分析80-84
• 6.1 试验前准备80-82
• 6.1.1 选取液压缸顶升点并安装80-81
• 6.1.2 顶升前检查81
• 6.1.3 顶升前称重81-82
• 6.2 同步顶升试验82-83
• 6.3 顶升试验后系统的维护83
• 6.4 本章小结83-84
• 第7章 结论与展望84-86
• 7.1 结论84-85
• 7.2 展望85-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-91
• 攻读硕士期间的研究成果及发表的学术论文91

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