比例方向阀颤振信号自适应双闭环控制建模与仿真分析
发布时间：2022-11-06 17:11
与伺服阀相比,比例阀具有造价成本低、抗污染能力强等优点。目前,比例阀朝着大流量、高频响、智能化等方向发展,但由于摩擦非线性的影响,导致比例阀在低速运行时,常出现微动特性差、滞环以及死区等现象,影响了比例阀正常工作下的动态性能。为此,本文推导了比例方向阀阀芯动力学方程,搭建了阀芯受力的数学模型,并运用AMESim软件进行仿真,结果发现:随着阀芯开度增加,位移颤振幅值出现衰减现象,且呈现非线性变化。为进一步探讨影响颤振幅值衰减的主要因素,对阀芯受力情况进行分析,结果表明摩擦力是导致颤振幅值衰减现象的主要因素。为了改善比例方向阀的颤振幅值衰减现象,提出一种双闭环控制系统,该系统是在原有的位移控制闭环的基础上叠加一个颤振幅值控制闭环。具体实现是通过阀芯位移信号分离出的位移量和颤振量分别与各自设定值做差进行PID控制,再将两个控制量叠加返回到系统中。为使比例方向阀阀芯在全行程运动过程中颤振幅值一直保持一致,提出两种颤振幅值自适应PID控制,将其应用在与阀芯受力模型的联合仿真中,结果表明,在位移PID控制闭环上,叠加颤振幅值自适应PID控制闭环,能够很好地解决阀芯全行程颤振幅值衰减现象。
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 比例方向阀的国内外研究现状
1.2.1 颤振信号研究
1.2.2 比例方向阀建模仿真研究
1.2.3 比例方向阀摩擦补偿研究
1.3 自适应PID控制研究
1.4 本文主要研究内容
第2章 比例方向阀受力模型创建与仿真分析
2.1 比例方向阀阀芯受力模型的创建环境
2.1.1 AMESim仿真软件介绍
2.1.2 AMESet二次开发介绍
2.1.3 AMESim建模流程介绍
2.2 比例方向阀的数学模型
2.2.1 比例放大器的数学模型
2.2.2 比例方向阀阀芯受力的数学模型
2.2.3 仿真模型的参数确定
2.3 比例方向阀阀芯受力的仿真分析
2.3.1 比例方向阀阀芯受力仿真模型
2.3.2 阀芯受力模型仿真结果及分析
2.4 本章小结
第3章 颤振信号双闭环控制系统研究
3.1 颤振补偿机理
3.2 双闭环PID控制系统
3.2.1 PID控制原理简介
3.2.2 双闭环控制系统介绍
3.3 双闭环信号的分析与处理
3.3.1 阀芯位移信号的分析
3.3.2 颤振信号的分离
3.3.3 颤振信号的叠加
3.4 本章小结
第4章 颤振信号自适应双闭环控制联合仿真
4.1 联合仿真技术
4.1.1 联合仿真特点及在本课题的应用
4.1.2 联合仿真实现途径及注意事项
4.2 联合仿真模型的建立
4.2.1 液压部分的模型结构图
4.2.2 控制部分的模型结构图
4.3 模糊自适应PID控制及其Simulink实现
4.3.1 模糊自适应PID控制器设计
4.3.2 输入输出变量及隶属函数的确定
4.3.3 模糊规则设计
4.3.4 模糊推理
4.3.5 模糊自适应PID控制的Simulink实现
4.4 单神经元自适应PID控制及其Simulink实现
4.4.1 单神经元自适应PID控制器
4.4.2 单神经元自适应PID控制的Simulink实现
4.5 双闭环控制仿真及其结果分析
4.5.1 位移闭环的PID控制的仿真及结果分析
4.5.2 颤振闭环的常规PID控制的仿真及结果分析
4.5.3 颤振闭环的自适应PID控制的仿真及结果分析
4.6 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]FIR滤波器的FPGA设计与实现[J]. 陈媛媛,刘有耀. 电子设计工程. 2017(24)
[2]基于扰动观测器的光电稳定平台摩擦补偿策略[J]. 晋超琼,张葆,李贤涛,申帅,朱枫. 吉林大学学报(工学版). 2017(06)
[3]Parameter Tuning Method for Dither Compensation of a Pneumatic Proportional Valve with Friction[J]. WANG Tao,SONG Yang,HUANG Leisheng,FAN Wei. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(03)
[4]几种常见液压阀节流槽过流面积估算及分析[J]. 周永飞,初长祥,郭小龙,高名乾,杨昆. 液压气动与密封. 2016(04)
[5]基于颤振补偿的集成式电子液压制动系统控制[J]. 余卓平,徐松云,熊璐,广学令. 同济大学学报(自然科学版). 2015(07)
[6]机械润滑在液压伺服比例系统中的应用[J]. 唐少楠,朱小明,杨丽红. 上海理工大学学报. 2014(06)
[7]一种提高比例方向阀全行程阶跃响应性能的方法[J]. 刘国平,龙玉其,夏五星,胡瑢华. 制造业自动化. 2014(18)
[8]基于反向学习的粒子群算法对线性相位低通FIR滤波器的优化[J]. 邵鹏,吴志健,周炫余. 吉林大学学报(工学版). 2015(03)
[9]伺服比例阀的非线性建模与实验验证[J]. 方锦辉,孔晓武,魏建华. 浙江大学学报(工学版). 2014(05)
[10]电液比例阀独立颤振的叠加方法研究[J]. 刘国平,夏五星,齐大伟,胡瑢华. 机床与液压. 2014(05)
博士论文
[1]先导式电液比例方向阀换向滞后分析及其补偿方法研究[D]. 苏琦.浙江大学 2016
[2]大流量插装式伺服阀的设计与控制方法研究[D]. 方锦辉.浙江大学 2013
[3]开放式伺服系统的摩擦建模与补偿研究[D]. 向红标.天津大学 2010
[4]大流量高响应电液比例阀的设计及关键技术研究[D]. 傅林坚.浙江大学 2010
硕士论文
[1]基于在线辨识与优化的自适应PID控制算法的工程实现[D]. 刘琛.华北电力大学 2017
[2]具有不确定性参数的电液伺服阀控缸同步控制研究[D]. 赵亮.北京理工大学 2015
[3]基于LuGre模型的比例多路阀摩擦力分析与颤振补偿[D]. 蒋栋林.燕山大学 2014
[4]多级液压缸四缸同步控制系统研究[D]. 贾善斌.太原科技大学 2012
[5]基于LuGre摩擦模型的伺服系统自适应鲁棒控制研究[D]. 杨帆.南京理工大学 2012
[6]机械运动系统的摩擦建模及补偿控制研究[D]. 马国梁.济南大学 2012
[7]基于ARM的数字式比例放大器的研究[D]. 张德盛.浙江大学 2012
[8]高能效智能型比例控制器的设计[D]. 邹维.浙江大学 2010
[9]含摩擦环节伺服系统的补偿控制[D]. 张丹.西安电子科技大学 2008
[10]基于比例方向阀的气动位置控制系统控制策略的研究[D]. 查宏民.天津大学 2005
本文编号：3703892
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 比例方向阀的国内外研究现状
1.2.1 颤振信号研究
1.2.2 比例方向阀建模仿真研究
1.2.3 比例方向阀摩擦补偿研究
1.3 自适应PID控制研究
1.4 本文主要研究内容
第2章 比例方向阀受力模型创建与仿真分析
2.1 比例方向阀阀芯受力模型的创建环境
2.1.1 AMESim仿真软件介绍
2.1.2 AMESet二次开发介绍
2.1.3 AMESim建模流程介绍
2.2 比例方向阀的数学模型
2.2.1 比例放大器的数学模型
2.2.2 比例方向阀阀芯受力的数学模型
2.2.3 仿真模型的参数确定
2.3 比例方向阀阀芯受力的仿真分析
2.3.1 比例方向阀阀芯受力仿真模型
2.3.2 阀芯受力模型仿真结果及分析
2.4 本章小结
第3章 颤振信号双闭环控制系统研究
3.1 颤振补偿机理
3.2 双闭环PID控制系统
3.2.1 PID控制原理简介
3.2.2 双闭环控制系统介绍
3.3 双闭环信号的分析与处理
3.3.1 阀芯位移信号的分析
3.3.2 颤振信号的分离
3.3.3 颤振信号的叠加
3.4 本章小结
第4章 颤振信号自适应双闭环控制联合仿真
4.1 联合仿真技术
4.1.1 联合仿真特点及在本课题的应用
4.1.2 联合仿真实现途径及注意事项
4.2 联合仿真模型的建立
4.2.1 液压部分的模型结构图
4.2.2 控制部分的模型结构图
4.3 模糊自适应PID控制及其Simulink实现
4.3.1 模糊自适应PID控制器设计
4.3.2 输入输出变量及隶属函数的确定
4.3.3 模糊规则设计
4.3.4 模糊推理
4.3.5 模糊自适应PID控制的Simulink实现
4.4 单神经元自适应PID控制及其Simulink实现
4.4.1 单神经元自适应PID控制器
4.4.2 单神经元自适应PID控制的Simulink实现
4.5 双闭环控制仿真及其结果分析
4.5.1 位移闭环的PID控制的仿真及结果分析
4.5.2 颤振闭环的常规PID控制的仿真及结果分析
4.5.3 颤振闭环的自适应PID控制的仿真及结果分析
4.6 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]FIR滤波器的FPGA设计与实现[J]. 陈媛媛,刘有耀. 电子设计工程. 2017(24)
[2]基于扰动观测器的光电稳定平台摩擦补偿策略[J]. 晋超琼,张葆,李贤涛,申帅,朱枫. 吉林大学学报(工学版). 2017(06)
[3]Parameter Tuning Method for Dither Compensation of a Pneumatic Proportional Valve with Friction[J]. WANG Tao,SONG Yang,HUANG Leisheng,FAN Wei. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(03)
[4]几种常见液压阀节流槽过流面积估算及分析[J]. 周永飞,初长祥,郭小龙,高名乾,杨昆. 液压气动与密封. 2016(04)
[5]基于颤振补偿的集成式电子液压制动系统控制[J]. 余卓平,徐松云,熊璐,广学令. 同济大学学报(自然科学版). 2015(07)
[6]机械润滑在液压伺服比例系统中的应用[J]. 唐少楠,朱小明,杨丽红. 上海理工大学学报. 2014(06)
[7]一种提高比例方向阀全行程阶跃响应性能的方法[J]. 刘国平,龙玉其,夏五星,胡瑢华. 制造业自动化. 2014(18)
[8]基于反向学习的粒子群算法对线性相位低通FIR滤波器的优化[J]. 邵鹏,吴志健,周炫余. 吉林大学学报(工学版). 2015(03)
[9]伺服比例阀的非线性建模与实验验证[J]. 方锦辉,孔晓武,魏建华. 浙江大学学报(工学版). 2014(05)
[10]电液比例阀独立颤振的叠加方法研究[J]. 刘国平,夏五星,齐大伟,胡瑢华. 机床与液压. 2014(05)
博士论文
[1]先导式电液比例方向阀换向滞后分析及其补偿方法研究[D]. 苏琦.浙江大学 2016
[2]大流量插装式伺服阀的设计与控制方法研究[D]. 方锦辉.浙江大学 2013
[3]开放式伺服系统的摩擦建模与补偿研究[D]. 向红标.天津大学 2010
[4]大流量高响应电液比例阀的设计及关键技术研究[D]. 傅林坚.浙江大学 2010
硕士论文
[1]基于在线辨识与优化的自适应PID控制算法的工程实现[D]. 刘琛.华北电力大学 2017
[2]具有不确定性参数的电液伺服阀控缸同步控制研究[D]. 赵亮.北京理工大学 2015
[3]基于LuGre模型的比例多路阀摩擦力分析与颤振补偿[D]. 蒋栋林.燕山大学 2014
[4]多级液压缸四缸同步控制系统研究[D]. 贾善斌.太原科技大学 2012
[5]基于LuGre摩擦模型的伺服系统自适应鲁棒控制研究[D]. 杨帆.南京理工大学 2012
[6]机械运动系统的摩擦建模及补偿控制研究[D]. 马国梁.济南大学 2012
[7]基于ARM的数字式比例放大器的研究[D]. 张德盛.浙江大学 2012
[8]高能效智能型比例控制器的设计[D]. 邹维.浙江大学 2010
[9]含摩擦环节伺服系统的补偿控制[D]. 张丹.西安电子科技大学 2008
[10]基于比例方向阀的气动位置控制系统控制策略的研究[D]. 查宏民.天津大学 2005
本文编号：3703892
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