某液压实验台的建模仿真与控制研究

发布时间：2017-06-09 05:00

  本文关键词：某液压实验台的建模仿真与控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：某液压实验台的电液伺服系统主要用于控制液压缸位移。电液伺服系统具有功率大、响应快、抗干扰能力强及控制精度高等优点,广泛应用在国防和工业生产的各个领域。电液伺服系统属于结构复杂的机、电、液多耦合的复杂系统,其普遍存在时变性、死区、非线性等特点,难以建立精确模型。针对某液压实验台电液伺服系统的这些特性,本文选择小波神经网络PID作为主控制器,并将灰色预测应用在液压实验台系统的反馈回路,利用灰色预测对系统控制进行反馈补偿,能够有效降低系统的时变及非线性,优化主控制器对实验台系统的控制效果,实现液压缸位置的精确控制。本论文主要完成的几个方面的工作：首先分析了液压实验台系统的组成及工作原理,对其液压元件参数进行介绍,并推导液压实验台系统总传递函数。建立液压实验台的AMESim模型,并设计联合仿真接口模块。其次对灰色系统理论进行介绍,分析了如何利用灰色预测模型来预测液压实验台系统输出,同时实现在系统不同控制阶段自动调节预测步长,提升预测精度,对其预测效果进行验证。然后在Simulink环境中设计完成变步长灰色预测小波神经网络PID控制器,并配合AMESim中建立的液压实验台模型完成联合仿真。并将其控制效果小波神经网络PID控制器及定步长灰色预测小波神经网络PID控制器进行比较,分析本文所设计的控制器对某液压实验台系统的控制效果。最后在建立半实物仿真平台,验证此控制器在实际液压系统中的控制效果,通过在Simulink所完成的控制器,利用数据采集卡、DAQ工具箱及实时仿真方式在液压实验台中实现液压缸位移的控制。分析联合仿真结果以及半实物仿真结果得出,相比于小波神经网络PID控制器及定步长灰色预测小波神经网络PID控制器,变步长灰色预测小波神经网络PID控制器在响应速度、控制精度等方面都获得了更好的控制效果,达到了系统性能要求。
【关键词】：电液伺服系统 小波神经网络 灰色预测 联合仿真
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH137
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 电液伺服系统的性能12-13
• 1.2.1 伺服系统的基本特性12
• 1.2.2 影响电液伺服系统性能的主要因素12-13
• 1.3 国内外电液伺服系统的发展及现状13-14
• 1.4 电液伺服系统的控制策略14-15
• 1.5 论文的主要内容15-16
• 2 液压实验台系统介绍16-28
• 2.1 液压实验台电液伺服系统16-20
• 2.1.1 液压实验台工作方式简介16
• 2.1.2 主要硬件组成16-17
• 2.1.3 电液伺服系统的组成和工作原理17-18
• 2.1.4 系统的主要液压元件介绍18-20
• 2.2 液压实验台系统的传递函数20-24
• 2.2.1 伺服阀流量方程21
• 2.2.2 液压缸流量方程21-22
• 2.2.3 负载力与液压缸输出力平衡方程22-23
• 2.2.4 系统的总传递函数23-24
• 2.3 基于Simulink及AMESim的联合仿真24-27
• 2.3.1 系统的联合仿真24-25
• 2.3.2 系统的AMESim模型25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 变步长灰色预测控制28-39
• 3.1 灰色系统理论28-30
• 3.1.1 灰色系统理论28-29
• 3.1.2 灰色系统理论基本原理29
• 3.1.3 灰色序列生成算子29-30
• 3.2 灰色预测30-33
• 3.2.1 GM(1,1)模型的定义型31
• 3.2.2 改进的GM(1,1)模型31-32
• 3.2.3 等维新息模型32-33
• 3.3 预测步长自适应33-35
• 3.3.1 预测步长不同的效果分析33-34
• 3.3.2 预测步长的选取34-35
• 3.4 变步长灰色预测控制35-38
• 3.4.1 基于变步长灰色预测的控制流程35-36
• 3.4.2 变步长灰色预测效果验证36-38
• 3.4.3 变步长灰色预测控制38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 控制器设计与联合仿真39-55
• 4.1 小波神经网络PID控制器39-45
• 4.1.1 控制器结构设计39-40
• 4.1.2 小波神经网络的结构的确定40-41
• 4.1.3 小波神经网络的学习算法41-42
• 4.1.4 小波神经网络PID控制器42-45
• 4.2 变步长灰色预测小波神经网络PID控制系统45-50
• 4.2.1 变步长灰色预测器46-49
• 4.2.2 仿真模型搭建49-50
• 4.3 系统仿真效果分析50-54
• 4.3.1 系统输入阶跃信号时仿真效果分析51-52
• 4.3.2 系统输入正弦信号时仿真效果分析52-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 半实物液压实验台系统控制研究55-69
• 5.1 电液伺服系统的半实物仿真55-56
• 5.1.1 半实物仿真概念55-56
• 5.1.2 搭建半实物电液伺服系统56
• 5.2 液压实物系统56-61
• 5.2.1 液压实验台概述56-58
• 5.2.2 比例阀控液压缸回路介绍58-61
• 5.3 计算机实时仿真系统61-64
• 5.3.1 Simulink仿真接口61-63
• 5.3.2 Simulink模块搭建63-64
• 5.4 控制效果研究64-67
• 5.4.1 系统输入阶跃信号时仿真效果分析64-66
• 5.4.2 系统输入正弦信号时仿真效果分析66-67
• 5.5 联合仿真与半实物仿真总结67-68
• 5.6 本章小结68-69
• 6 结论69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-75
• 附录75

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本文编号：434429