高精度气体压力源研究

发布时间：2020-06-13 19:15

【摘要】：目前气动技术广泛应用于国民经济各部门,人们对气动位置和速度伺服控制系统研究得较多,但是关于压力伺服控制的研究却不多见。考虑到某些半实物仿真系统中需要,即要求产生高精度高响应气体压力信号,本文针对气动压力伺服控制系统的特点,在理论上研究了系统的性能和相应的控制策略,最后通过实验,实现了气体压力的高精度高响应伺服控制。 首先,阐述气体压力源的工作原理,建立其非线性数学模型,并通过仿真技术研究了系统性能,讨论了气源压力、气源温度以及密闭容腔容积大小等系统参数对系统特性的影响。 其次,对气体压力源的控制策略进行了研究。由于系统具有严重的非线性和弱阻尼的特性,采用经典控制方法(如PID控制)虽然在某些情况下可以获得较好的控制效果,但其具有难以适应系统参数的变化、控制参数整定困难的缺点。Fuzzy-PID复合控制不需要系统精确的数学模型,对系统参数变化的适应能力强,适合于压力伺服控制系统。本文设计出Fuzzy-PID复合控制器,并进行仿真研究,结果表明该控制系统具有良好的动静态特性。 最后,建立了压力伺服控制实验系统,在实验中采用流量伺服阀作为电-气转换元件构成压力闭环控制系统,并编制出相应的计算机控制软件和人机交互界面。实验结果表明,本文建立的数学模型合理、理论特性分析正确,所采用的控制策略有效,控制系统具有良好的鲁棒性、较高的响应特性和控制精度。系统跟踪阶跃信号时,响应曲线的超调量不超过2%,压力控制误差不超过1kPa。 本文的工作为进一步研究高精度气体压力源打下了良好的基础。
【图文】：

图 2.1 压力伺服控制系统原理图由图 2.1 可知该压力伺服控制系统主要由计算机、数据采集卡、伺服阀、密闭、压力传感器以及气源装置等部分组成。计算机是该伺服系统的核心，它实现控的功能——根据密闭容腔中气体实际压力值与设定压力值的偏差，，按照一定的控律计算出控制量；伺服阀为电－气转换元件，它将计算机输出的电信号控制量转阀芯相应的位移，实现对密闭容腔的充放气，从而使密闭容腔中的压力达到设定力传感器为本控制系统的检测元件，把密闭容腔中气体压力值转换成电信号并反计算机中；数据采集卡实现计算机中的数字信号与外界模拟信号的相互转换。系统的工作原理如下：假设系统处于平衡状态，如果设定的气体压力值高于密腔中气体的压力值，控制器（由计算机实现）根据压力误差计算出控制量，该控号为正并输出给伺服阀，使阀芯向正方向运动。结果气源向密闭容腔充气，其压大，同时压力传感器测得的压力反馈信号也增大，导致误差减小并最终趋于零；，当设定气体压力值小于容腔中气体的压力值，控制器计算出控制信号为负并输

图 2.2 普遍形式开口系统2-2 截面间的工质作为系统，某瞬时 t 到 t+δt 时间内系统表示为[19]：siδ Q = δmh++gz δmh++gz)+δW+δE2v)(2v(1212112222、2δ m流入系统和流出系统工质的质量，Kg;2h 流入系统和流出系统工质的比焓，J/Kg;2v21、2v222δ m流入系统和流出系统工质所具有的动能，J;1gz、22δ mgz流入系统和流出系统工质所具有的位能，J;外界传入系统的微元热量，J;系统对外输出的微元轴功，J;
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH138

【引证文献】

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本文编号：2711613