高速电液比例控制系统H_∞控制器的研究

发布时间：2020-11-11 19:56

　　 油压减振器是列车减振的关键部件之一。特别是在我国铁路实行全面提速以后，列车的安全性和舒适性要求成为了提速的一大难题。针对高速列车的需求，我国正在研发各种高速铁路油压减振器，但是由于现有测试设备和试验方法的限制，不能进行高速铁路油压减振器的综合性能测试，从而限制了减振器的进一步开发和性能指标的提高。 目前，我国普遍使用的J95型减振器性能测试试验台采用了机械式驱动装置，但是由于运动机构的限制，机械式试验台只能进行低频简谐振动测试，无法满足高速铁路油压减振器的高频响应性能测试要求。 经过30多年的发展，电液比例阀、液压缸等液压元件的生产制造技术得到了全面的发展，因此为基于高速电液比例控制技术的减振器试验台研制提供了可行性平台。但是，基于经典控制算法的高速电液比例系统无法满足系统的平稳性和跟随性要求。究其原因是：经典控制算法完全依赖于描述被控对象动态性能的精确数学模型，但是液压脉动，系统阻尼，摩擦以及油温等随着高速运行不断变化，无法确定精确的数学模型。另外，实际的比例阀一般均有较大的零位死区，所以稳态工作点不在零位平衡点，导致高速运行下的严重抖动。 相比之下，H_∞鲁棒控制理论不需要精确的数学模型，而且通过H_∞性能指标，可以保证控制系统的稳定性，因此高速电液比例控制系统H_∞控制器的研究具有重要的学术与应用价值。 本文建立了高速电液比例阀与高速电液比例系统的动态数学模型及状态空间表达式，分析了跟踪补偿和不确定性补偿对系统的影响，并提出了求解混合灵敏度H_∞控制器、H_∞／H_2混合参数化控制器、具有LMI区域极点约束的H_∞控制器，以及时滞不确定高速电液比例系统的H_∞控制器的算法，而且分析了不同性能指标、不同加权函数情况下鲁棒控制器对高速电液比例控制系统的影响。仿真结果表明：通过H_∞控制算法，可以设计出带宽为300Hz以上的位置反馈型高速电液比例阀和带宽为100 Hz以上的高速电液比例控制系统，而且在不同性能指标下都能保证系统的稳定性，因此为高速列车油压减振器性能测试系统的研制提供了理论依据。 首次在高速列车油压减振器性能测试系统中采用了H_∞鲁棒控制理论，并提出了适用于高速电液比例阀与高速铁路油压减振器性能测试试验台的各种
【学位单位】：西南交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2006
【中图分类】：TH137
【部分图文】：

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西南交通大学博士研究生学位论文第103页图6一3控制软件的主操作界面控制软件的结构流程如图6一4所示。基本控制原理为，当作动器液压缸运动时，由位移传感器检测出液压缸活塞杆的位移信号，并通过AD采集卡把模拟信号转换为数字信号，读入计算机。测控软件通过一定的控制算法对读入的位移信号进行实时控制，处理后的数据经过DA转换卡输出到比例控制放大器，放大后的信号被送到高速电液比例阀的比例电磁铁两端，安照一定的规律控制阀芯的开口度，形成外闭环控制系统。6.2高速铁路油压减振器试验台控制系统的动态特性测试6.2.1基于H一控制的位置反馈型比例电磁铁动态特性测试本文中研究的高速铁路油压减振器试验台采用了自制的位置反馈型比例电磁铁。为了满足试验台的性能指标

图6一5不同频率输入信号下，基于H_控制算法的比例电磁铁闭环跟踪曲线.图6一6表示根据正弦信号跟踪测试绘制的基于H_控制算法的比例电磁铁闭环频率特性曲线，图6一7表示输入阶跃信号时测得的阶跃响应特性曲线。由图可知，比例电磁铁的频宽可以达到300Hz，阶跃响应时间为0.0045，与仿真结果基本一致，因此验证了H一控制算法的正确性和可行性。
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本文编号：2879662