基于零相位滤波器的变转速液压系统控制性能实验研究

发布时间：2020-06-27 13:58

【摘要】：液压设备以其传动平稳、能容量大、调速方便及对复杂作业工况适应性强等优点,被广泛应用于宇宙航行、海洋开发、工程机械等诸多领域。由于液压传动的能量利用率不高,致使液压设备整机效率较低,因此随着电机变频调速技术的发展,高效率和节能效果显著的变转速液压系统,在许多工程实际中得到了广泛应用。但变转速液压系统带来高效率和节能的同时,也存在的控制精度低、响应速度慢和低速稳定性差等问题,这限制了其在更多工业领域中的应用。因此,研究如何改善提高变转速(尤其是低速段)液压系统的控制性能具有重要实际意义。从实际工程应用的效果看,常规的PID反馈控制由于算法成熟、稳定性好、简单易实现等优点,因此在工业过程控制、航空航天控制等诸多领域中应用最广。在实际测控系统中,由于变频环境下的电磁干扰,测量信号总会混杂多种干扰成分,如电磁干扰、高频噪声等,而直接将混有干扰的反馈信号用于反馈控制,会影响系统的控制性能,甚至不能正常工作。针对此问题,本文采用理论分析、仿真分析和实验验证相结合的方法,针对变转速泵控马达液压系统测控平台中的电磁干扰问题,提出对系统反馈的压力和流量信号的时频域特性分别进行滤波处理,滤波后的信号再作为PID控制器的反馈输入的方法,为提升系统控制性能提供实用方法。论文的主要研究内容如下:(1)根据数字滤波器的设计原理及方法,以巴特沃斯低通数字滤波器和零相位数字滤波器为例,在MATLAB软件中通过编程完成了对二者的程序设计,通过滤波仿真对比分析得到了二者的滤波特性。仿真结果表明:巴特沃斯低通数字滤波器是非零相位滤波器,能够有效滤除高频干扰成分,但存在相位滞后;零相位数字滤波器能实现零相位滤波。(2)以变转速泵控马达液压系统为物理模型,建立各子系统数学模型,推导系统全局数学模型,并据此在Simulink中搭建系统仿真模型。通过流量闭环控制仿真实验,对比分析流量反馈信号未滤波处理、非零相位滤波处理和零相位滤波处理三种情况下,系统流量的动态响应、控制精度及鲁棒性。仿真结果表明:对反馈信号零相位滤波处理比巴特沃斯低通数字滤波器具有更好的控制精度和鲁棒性。(3)以变转速泵控马达液压系统为实验基础,设计了闭环控制反馈信号滤波实验程序和对比实验。通过LabVIEW软件和MATLAB软件联合编程,完成了反馈信号零相位滤波程序的设计,实现了对LabVIEW软件编程的二次开发。分别设计了压力、流量闭环控制反馈信号未滤波、非零相位滤波、零相位滤波三种情况下的对比实验,实验结果表明:反馈信号未滤波处理虽然能达到稳态,但存在很大波动;反馈信号非零相位滤波处理具有稳态误差,控制精度低;反馈信号零相位滤波处理不仅能达到稳态,且波动很小,具有更好的控制精度和鲁棒性。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH137
【图文】：

对比图,低通数字滤波器,巴特沃斯,幅频

（b）相频特性曲线图 2.3 巴特沃斯低通数字滤波器幅频、相频特性图 2.4 原始信号滤波前后时域图b）分别为所设计的巴特沃斯低通数字滤波器的幅频所表示的原始信号滤波前后的时域对比图。由图 2

对比图,原始信号,时域,低通数字滤波器

图 2.4 原始信号滤波前后时域图图 2.3（a）、（b）分别为所设计的巴特沃斯低通数字滤波器的幅频、相频特性曲线。图 2.4 为式（2.9）所表示的原始信号滤波前后的时域对比图。由图 2.4 可以看出经过巴特沃斯低通数字滤波器，原始信号中的高频干扰噪声信号被滤除了，保留了所需低频信

【参考文献】