快速电液比例捕捉控制系统研究

发布时间：2017-06-01 03:17

  本文关键词：快速电液比例捕捉控制系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：对于具有随机特性的快速移动物体的捕捉是控制领域的一项难题。即使是训练有素的人也不能保证每次都能完成对快速移动物体的捕捉，对于捕捉系统更是巨大的挑战。成功地完成捕捉必须在目标物发生机动前以最短的时间追赶上目标物，跟踪目标运动轨迹，执行捕捉动作，最后带着目标物减速为零。 鉴于液压缸在快速直线位置控制上的优势，本论文中设计了一种利用电液比例方向阀控制的，以高速液压缸作为执行机构的直线式电液比例捕捉控制系统，，旨在研究液压技术在捕捉控制系统中的应用，以及克服传统的以机械传动的机械臂作为执行机构的捕捉控制系统速度较慢的特点。同时，通过理论研究与实验分析，探寻存在随机性的轨迹的跟踪方法，以及电液比例控制系统用于快速捕捉的控制策略。 本论文围绕所提出的一种快速电液比例捕捉控制系统，首先在Solidworks下设计试验平台，并完成了机动目标运动机构的设计；其次，针对快速捕捉系统的设计要求，选择合适的高速液压缸和电液比例方向阀，设计液压系统和控制系统，并利用Matlab的xPC进行硬件在回路仿真，实现控制系统相关功能；此外，根据设计的系统模型，基于AMESim开展元件级仿真，基于AMESim与Simulink联合的仿真平台开展系统级仿真；而后，提出了基于卡尔曼滤波预测的捕捉方法和基于模糊自适应PID控制的捕捉方法，完成了相应的仿真分析；最后对所提出的两种捕捉方法进行了实验与分析。 通过所进行的理论与实验研究可以表明，以电液比例方向阀控制高速液压缸作为快速捕捉系统的执行机构是可行的，同时，针对机动目标跟踪所面临的轨迹预测和轨迹跟踪问题，采用卡尔曼滤波预测和模糊自适应PID控制策略，能够取得较好的跟踪效果，为今后电液比例控制技术应用于快速捕捉提供了理论依据和实践指导。
【关键词】：电液比例控制 捕捉 轨迹预测 轨迹跟踪 模糊自适应PID控制
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP273;TH137
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 论文研究的背景及意义12-14
• 1.1.1 目标捕捉系统的特点12-13
• 1.1.2 液压技术在捕捉系统中的应用13
• 1.1.3 模糊自适应 PID 介绍13-14
• 1.2 国内外相关研究现状14-15
• 1.2.1 目标跟踪技术的国内外研究现状14
• 1.2.2 预测滤波技术的国内外研究现状14-15
• 1.2.3 机器人捕捉控制的国内外研究现状15
• 1.3 本论文主要研究工作15-18
• 第二章 实验平台的计算与设计18-24
• 2.1 引言18
• 2.2 机动目标运动系统设计18-20
• 2.3 电液比例捕捉控制系统设计20-22
• 2.3.1 系统原理图设计20-21
• 2.3.2 液压缸选型设计21-22
• 2.3.3 电液比例方向阀选型22
• 2.4 实验台结构设计22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 捕捉控制系统建模和仿真24-38
• 3.1 引言24
• 3.2 系统理论方程推导24-27
• 3.2.1 电液比例方向阀建模24-26
• 3.2.2 电液比例方向阀控单出杆缸建模26-27
• 3.3 AMESim模型搭建27-32
• 3.3.1 AMESim仿真软件简介27-28
• 3.3.2 AMESim仿真平台建模28-32
• 3.4 普通PID控制仿真32-36
• 3.4.1 PID控制算法介绍32-33
• 3.4.2 普通PID控制仿真结果分析33-36
• 3.5 本章小结36-38
• 第四章 基于轨迹预测的捕捉38-60
• 4.1 引言38
• 4.2 捕捉策略38-42
• 4.2.1 目标运动轨迹分析38-41
• 4.2.2 预测在捕捉中的作用41-42
• 4.3 AMESim与Simulink联合仿真42-46
• 4.3.1 AMESim与Simulink联合仿真介绍42-43
• 4.3.2 S函数介绍43-45
• 4.3.3 捕捉系统联合仿真模型建立45-46
• 4.4 拟合预测算法46-48
• 4.5 卡尔曼滤波预测算法48-58
• 4.5.1 卡尔曼滤波简介48-50
• 4.5.2 微分器的设计50-52
• 4.5.3 卡尔曼滤波预测算法仿真52-54
• 4.5.4 基于轨迹预测的捕捉方法54-58
• 4.6 本章小结58-60
• 第五章 基于模糊自适应PID控制的捕捉60-82
• 5.1 引言60
• 5.2 复合控制策略60-65
• 5.2.1 复合控制理论介绍60-62
• 5.2.2 复合控制仿真研究62-65
• 5.3 模糊控制策略65-81
• 5.3.1 模糊控制理论及Matlab模糊工具箱介绍65-67
• 5.3.2 模糊控制67-69
• 5.3.3 模糊+PID混合控制69-73
• 5.3.4 模糊自适应PID控制73-81
• 5.4 本章小结81-82
• 第六章 捕捉控制系统实验与分析82-102
• 6.1 引言82
• 6.2 软件控制系统搭建82-87
• 6.2.1 Matlab RTW xPC 平台82-84
• 6.2.2 PCI-1716 驱动S函数编写84-87
• 6.3 硬件控制系统搭建87-91
• 6.4 基于轨迹预测的捕捉实验与分析91-93
• 6.5 基于轨迹跟踪的捕捉实验与分析93-100
• 6.5.1 复合控制跟踪实验93-95
• 6.5.2 模糊+PID混合控制跟踪实验95-98
• 6.5.3 模糊自适应PID控制跟踪实验98-100
• 6.6 本章小结100-102
• 第七章 总结和展望102-104
• 7.1 总结102-103
• 7.2 展望103-104
• 参考文献104-108
• 致谢108-110
• 攻读硕士学位期间发表的论文110

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 Tamer M Wasfy;Ahmed K Noor;戈新生;张奇志;赵维加;;柔性多体系统的计算策略[J];力学进展;2006年03期

  本文关键词：快速电液比例捕捉控制系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：411494