动态疲劳试验机控制系统的设计与分析

发布时间：2017-04-02 02:17

  本文关键词：动态疲劳试验机控制系统的设计与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国对海洋能源的需求不断扩大，对其中的海洋油气的提取力度也在不断增强，海洋柔性复合管的发展随着国家海洋能源的开发，变得越来越重要。国外疲劳测试海洋软管已经成熟，而我国对柔性管道疲劳试验在科研和工程方向还有着巨大的需求空间。本文通过与无棣海王星海忠软管合作完成疲劳试验机的机会，设计疲劳试验机控制系统，旨在解决在多种工况下完成软管的疲劳测试。 首先，通过查阅文献和专著，了解了动态疲劳试验机的发展历程和未来发展方向，对现有的试验机结构给予简单说明，并参照本文试验机的工作环境和实验目标，结合实际情况，选择卧式疲劳试验机。然后介绍了试验机的硬件构成，并为主要机构和原件的选择进行了详尽的说明，其中包括了总体结构设计，限弯器等等。 其次，引用编程软件完成了试验机控制系统的构造，区别于NI数据采集卡，本文采用性价比更高的阿尔泰数据采集卡PCI8602，此卡是多功能板卡，除了能完成数据采集的任务之外还能完成最多两个通道的模拟输出的任务，其中包括采集储存系统，LabVIEW的弯曲加载系统。 最后，通过模型，建立Matlab系统仿真，针对于周期信号的特点，采取了基于重复补偿的PID控制策略，从而保证了设备输出的高精度，，高响应，兼顾了设备的性价比，能够很明显改变系统的动态特性。另一方面，采用自整定模糊PID能解决复杂控制问题方面有很大的潜力，可以动态地适应外界环境的变化，但由于参数的选择和设定需要根据经验，所以仿真结果不是很理想。三个控制策略在跟踪曲线和误差有做出了详尽的对比，验证实验策略。 其中，应用于电液控制技术的LabVIEW，LabVIEW软件测试工程师和非专业程序员开发环境，所以首先程序必须简单，易于理解和修改；其次是利用了他强大的人机交互界面的设计能力和数据可视化分析能力：而仿真上采用Matlab中Simulink仿真工具包完成仿真实验，事实证明，使用效果良好，结果展现明显。对于试验机未来发展，和它扩展性具有很好的实践意义，对于研究也具有较好普遍的意义。 由此，总结仿真结果，对文章做出总结，提出存在的问题和进一步完善的方案和设想。
【关键词】：电液控制技术 LabVIEW Matlab仿真 重复控制 自整定模糊PID
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH87;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 课题的来源和研究意义11-12
• 1.1.1 课题的来源和背景11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 电液控制试验机的应用与发展12-13
• 1.3 电液比例位置控制系统13-14
• 1.4 课题的主要研究内容14-16
• 2 试验机硬件组成与设计16-30
• 2.1 前言16
• 2.2 试验机的总体组成16-20
• 2.2.1 技术参数和指标16-17
• 2.2.2 动态疲劳试验机机械结构17-18
• 2.2.3 试验机液压系统18-19
• 2.2.4 试验机控制系统19-20
• 2.3. 试验机典型结构的选择20-22
• 2.4 电液比例位置控制系统的组成22-26
• 2.4.1 比例方向阀22-24
• 2.4.2 位移传感器24-25
• 2.4.3 数据采集卡25-26
• 2.5 试验机的控制系统26-28
• 2.5.1 试验机的电控系统26-27
• 2.5.2 PLC 与 LabVIEW 通信27-28
• 2.6 控制系统的抗干扰28
• 2.7 本章小结28-30
• 3 基于 LabVIEW 的试验机位置控制系统的设计30-40
• 3.1 LabVIEW 的简介30
• 3.2 开发优势30-31
• 3.3 Labview 的应用和发展31-32
• 3.4 软件设计的主要模块32-39
• 3.4.1 数据库链接32
• 3.4.2 写入数据库32-33
• 3.4.3 基于 PCI-8602 数据采集卡的信号的采集33-35
• 3.4.4 PID 控制程序图35-36
• 3.4.5 信号发生器及信号的输出36-38
• 3.4.6 整体测试38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 整体电液位置控制系统模型40-51
• 4.1 系统的组成及其原理40-41
• 4.2 系统模型的建立41-48
• 4.2.1 阀控非对称液压缸41-44
• 4.2.2 先导式比例方向溢流阀44-46
• 4.2.3 反馈回路46-47
• 4.2.4 比例阀放大器47
• 4.2.5 构造 simulink 整体仿真模型47-48
• 4.3 PID 校正48-50
• 4.3.1 PID 整定48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 5 电液比例位置控制系统的建模与仿真51-62
• 5.1 电液比例位置控制系统建模51-53
• 5.1.1 比例放大器51
• 5.1.2 比例方向阀51
• 5.1.3 阀控四通液压缸51-52
• 5.1.4 位移传感器52-53
• 5.2 已知参数53-54
• 5.3 控制系统的仿真分析54-57
• 5.3.1 系统相对稳定性54-56
• 5.3.2 系统的快速性和准确性分析56-57
• 5.4 系统的校正57-61
• 5.4.1 PID 控制器58
• 5.4.2 PID 参数的整定58-61
• 5.5 本章小结61-62
• 6 控制策略的研究62-77
• 6.1 引言62-65
• 6.1.1 PID 控制理论与控制器设计62-63
• 6.1.2 PID 控制器参数的整定63-64
• 6.1.3 PID 控制系统的仿真性分析64-65
• 6.2 重复控制理论与控制器设计65-69
• 6.2.1 重复控制的概述65-66
• 6.2.2 基于重复补偿的 PID 控制器66-67
• 6.2.3 基于重复补偿的 PID 控制的 matlab 的仿真67-69
• 6.3 模糊控制及其算法的设计69-76
• 6.3.1 模糊控制理论69-70
• 6.3.2 自整定模糊 PID 控制器的设计70-71
• 6.3.3 基于模糊 PID 控制系统的仿真71-74
• 6.3.4 正弦信号位置跟踪的仿真实验74-76
• 6.4 本章小结76-77
• 7 结论与展望77-79
• 7.1 结论77-78
• 7.2 展望78-79
• 参考文献79-81
• 附录1 自整定模糊 PID 控制程序81-87
• 致谢87-88
• 个人简历88-89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 高建臣，李维军，陈之龙，吴平东;液压缸位置伺服系统的模糊控制[J];北京理工大学学报;1995年04期

2 张若青;周高伟;;基于LabView的电液比例阀控缸系统分析[J];机床与液压;2009年04期

3 王庆丰，顾临怡，袁犹坤，路甬祥;电液比例高精度定位的变死区自学习补偿研究[J];机床与液压;1994年05期

4 吕飞龙;陈照章;黄永红;;基于LABVIEW的虚拟仪器温度检测系统的设计[J];微计算机信息;2007年01期

5 汪首坤,王军政,马俊,李金仓;电液伺服阀动态性能测试技术的研究[J];液压与气动;2003年06期

6 陈金平;LabVIEW与Matlab接口的方法[J];自动化仪表;2004年03期

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本文编号：281721