基于比例方向阀的气动位置控制系统控制策略的研究

发布时间：2021-10-26 16:52

　　气压传动系统由于价格低廉、结构简单、工作可靠、无污染等优点,在工厂自动化和机器人驱动系统中得到了越来越广泛的应用。由于气动系统的一些固有特点,如气体的可压缩性、阀的非线性、气缸的摩擦力特性以及系统参数易受环境的影响等,这些特点在很大程度上增加了气动位置控制系统的控制难度,很难满足工业上高精度的定位要求。本文对由比例方向阀和单活塞杆气缸组成的气动位置系统特性进行研究的基础上,通过对控制策略的理论研究和仿真分析,实现了气动位置系统的高精度控制。首先,建立了阀控缸系统的非线性数学模型,对系统特性进行了研究,讨论了系统参数对系统特性的影响;在此基础上,对气动比例位置系统进行了相应的控制策略的研究。提出了本文采用的控制策略:步进PID控制和模糊自适应PID控制。步进PID控制使输入信号一步一步地逼近所要求的位置,使运行对象平稳,适合高精度定位系统的定位要求。模糊PID控制应用模糊推理的方法,实现PID参数的在线自调整,能够达到参数kp,ki,kd取值的动态变化,使系统动态过程各阶段的PID参数处于最佳状态,以获得满意的控制效果。其次,应用MATLAB/Simulink,设计了本实验系统的仿真界面... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
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英文摘要
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 国内外研究概况
        1.2.1 系统基本特性研究
        1.2.2 控制元件和执行元件的研究
            1.2.2.1 执行元件的研究
            1.2.2.2 控制元件的研究
        1.2.3 控制策略的研究
            1.2.3.1 基于BP 网络的PID 控制
            1.2.3.2 针对摩擦力的控制策略
            1.2.3.3 针对系统强非线性的控制策略
            1.2.3.4 针对运行条件变化以及建模不准确的控制策略
            1.2.3.5 最优理论的应用
            1.2.3.6 避免繁琐的建模分析和控制器设计
            1.2.3.7 开关阀控制系统的纹波问题
    1.3 课题研究的意义
    1.4 课题研究的主要内容
第二章 气动比例位置系统的数学建模
    2.1 系统概述
    2.2 系统数学模型的推导
        2.2.1 气动动力机构的建模
            2.2.1.1 比例阀的流量连续性方程
            2.2.1.2 比例阀的阀口流量方程
            2.2.1.3 系统摩擦力特性
            2.2.1.4 气缸活塞力平衡方程
            2.2.1.5 阀控缸系统的方块图
            2.2.1.6 系统的开环传递函数
        2.2.2 比例阀的数学模型
        2.2.3 气动比例位置系统的总模型
        2.2.4 本实验系统的数学模型
    2.3 气动比例位置系统的稳定性分析
        2.3.1 速度放大系数
        2.3.2 气动固有频率
        2.3.3 气动阻尼比
    2.4 小结
第三章 控制策略研究
    3.1 流体控制策略概述
        3.1.1 PID 控制
        3.1.2 自适应控制
        3.1.3 鲁棒控制
            3.1.3.1 变结构控制(VSC)
            3.1.3.2 H_∞控制
        3.1.4 智能控制
            3.1.4.1 神经网络(NNC)
            3.1.4.2 模糊控制
    3.2 PID 控制原理及算法
        3.2.1 PID 控制原理
        3.2.2 数字PID 控制算法
            3.2.2.1 位置式PID 控制算法
            3.2.2.2 增量式PID 控制算法
    3.3 气动比例位置控制策略研究与开发
        3.3.1 步进式PID 控制
            3.3.1.1 基本描述
            3.3.1.2 PID 参数初值的确定
            3.3.1.3 PID 参数的优化
        3.3.2 模糊自适应PID 控制
            3.3.2.1 模糊控制器的设计
    3.4 小结
第四章 MATLAB 界面设计与仿真分析
    4.1 MATLAB 简介
    4.2 MATLAB 图形用户界面
        4.2.1 系统参数输入
        4.2.2 时域分析
        4.2.3 频域分析
        4.2.4 步进PID 仿真
            4.2.4.1 PID 仿真结果分析
            4.2.4.2 PID 参数的优化
            4.2.4.3 定位误差分析
        4.2.5 自适应模糊PID 仿真
    4.3 小结
第五章 气动比例位置系统的动态仿真
    5.1 实验系统硬件组成
    5.2 动态仿真软件概述
    5.3 气动比例位置系统动态仿真界面
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者硕士期间发表论文和参加的科研项目
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MATLAB的自适应模糊PID控制系统计算机仿真[J]. 储岳中,陶永华.  安徽工业大学学报(自然科学版). 2004(01)
[2]一种参数自整定模糊PID控制器的研究[J]. 田淑杭,姜丽娟.  电气传动自动化. 2003(06)
[3]气动技术发展的趋势[J]. 李小宁.  机械制造与自动化. 2003(02)
[4]使用NCD模块优化PID调节器参数[J]. 张绍德.  自动化与仪器仪表. 2003(03)
[5]对称伺服阀控制单出杆液压缸系统的自适应控制研究[J]. 柳波,何清华,黄志雄.  凿岩机械气动工具. 2003(02)
[6]气动执行器技术现状与展望[J]. 李东明,孙宝元,张化岚,武文良.  化工自动化及仪表. 2003(02)
[7]气动位置伺服系统的带α因子的非对称模糊PID控制[J]. 薛阳,彭光正,范萌,伍清河.  北京理工大学学报. 2003(01)
[8]基于BP网络的比例阀—缸位置控制[J]. 刘延俊,李兆文,陈正洪.  山东大学学报(工学版). 2002(03)
[9]磁性无活塞杆弯曲气缸的研究设计[J]. 袁胜发,陈俊波,袁圣勇.  液压与气动. 2001(12)
[10]比例方向阀控气动缸动力机构建模[J]. 杨庆俊,包钢,聂伯勋,王祖温.  哈尔滨工业大学学报. 2001(04)



本文编号：3459859