基于DSP的2D伺服阀控制器的控制算法的设计与研究

发布时间：2020-11-06 01:33

　　 2D伺服阀在结构上采用的伺服螺旋机构集导控级与主阀芯于同一阀芯上,具有结构简单、响应速度快和抗污染能力强等优点,在航空、航天等领域得到广泛的应用。电—机械转换器作为2D伺服阀的核心部件,其性能在很大程度上决定了2D伺服阀的性能。长期以来,高性能电—机械转换器的研究一直是液压伺服控制的一个重要研究方向,因此,对2D伺服阀电—机械转换器控制算法的研究对2D伺服阀性能的提升具有很重要的意义。本文以10通径的2D伺服阀及其控制器为研究对象。论文以两相混合式步进电机作为2D伺服阀的电—机械转换器,提出了模糊PID同步控制思想,并以TMS320F2812为主控芯片进行控制器的设计,将电—机械转换器的频宽从260Hz提高到380Hz,2D伺服阀的频宽从170Hz提高到225Hz,显著地提高了2D伺服阀及其控制器的频宽。具体的研究内容和成果如下:1.对2D伺服阀的结构及其工作原理进行研究分析,建立了2D伺服阀的数学模型。并运用MATLAB仿真工具对2D伺服阀的频率响应和阶跃响应进行仿真分析,同时研究了不同结构参数对于频宽的影响。仿真得到2D伺服阀的频宽为269Hz,上升时间为2.1ms,有较好的动态特性。2.对作为2D伺服阀电—机械转化器的两相混合式步进电机的结构和工作原理进行研究分析,通过数学建模建立两相混合式步进电机的数学模型。在分析了电流同步控制的基础上,提出了电—机械转换器的模糊PID同步控制算法,设计了基于MATLAB/Simulink的仿真模型,仿真得到基于模糊PID同步控制的电—机械转换器的频宽达到520Hz,证明了所设计的电—机械转换器模糊PID同步控制算法极大的提高了两相混合式步进电机的性能。3.基于模糊PID同步控制思想,以芯片TMS320F2812作为核心控制元件,对2D伺服阀的控制器进行硬件设计,并开发了相应的成套的软件。搭建了电—机械转换器的实验平台,对电—机械转换器的特性进行实验研究分析。通过实验数据分析,电—机械转换器的滞环为1.9%,非线性度为3.2%;频宽从原来的260Hz提高到380Hz,上升时间为5.8ms。电—机械转换器的静、动态性能有了极大的提高。4.搭建了2D伺服阀的实验平台,对2D伺服阀进行了动静态特性实验,通过实验数据处理分析可得,2D伺服阀的的滞环为2.54%,非线性度为1.59%,频宽从原来的170Hz提高到了225Hz,上升时间为7.5ms,说明了2D伺服阀具有较好的动静态特性,同时也验证了所设计的2D伺服阀控制器具有良好的通用性和实用性。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH137.52
【部分图文】：

第 1 章 绪论文的研究对象为 2D 伺服阀，通过引入液压伺服螺旋机构，解决了传统伺作中出现的问题，运用模糊控制理论使控制精度得到提高[13]。液控制系统的基本组成液控制系统与其他类型液压控制系统的基本组成都是类似的。不论其复杂可分解为一些基本元件[14]。图 1-1 所示为一般电液控制系统的组成。

图 1-1 电液控制系统的组成（1）输入元件 给系统输入端提供控制信号的元件称为输入元件，故也称指令元件，经常用的有程序控制器、指令电位器以及计算机等。（2）比较元件 又称比较器。它通过比较反馈的信号和输入的信号形成偏差信号，并将其作为输入信号提供给控制器。有时比较元件并不是单独存在的，而是由各种元件相互组合而构成的，而之中就含有比较这一功能，如将输入指令信号的产生、反馈信号处理、偏差信号的形成、校正与放大等多项功能集于一体的板卡或控制箱。如图 1-2 所示的计算机电液控制系统。

第 1 章 绪论信号时，衔铁中出现磁通，在磁场作用下受到力矩作用而偏转，挡板偏离中位（如顺时针转动），此时，左喷嘴控制腔压力上升降。从而主阀芯在压差作用下右移，同时带动反馈杆进一步弯曲时，处于平衡位置。当液压力与反馈杆对阀芯的反作用力及液停止。该阀芯位移量与控制信号电流成比例[17]。
【参考文献】

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本文编号：2872472