基于模糊控制的参考式扭矩标准装置技术研究

发布时间：2017-08-25 04:00

  本文关键词：基于模糊控制的参考式扭矩标准装置技术研究

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【摘要】：参考式扭矩标准装置以其工作效率高、初始造价低和维护方便等优点,在国际上受到广泛关注,然而对参考式扭矩标准装置扭矩加载控制和数据处理的方法没有统一的标准。本文针对5kNm卧式参考式扭矩标准装置扭矩加载系统,研究其建模与控制问题,通过改善装置扭矩加载的性能,使参考式扭矩标准装置的不确定度指标达到静重式标准。首先,本文分析参考式扭矩标准装置控制系统的工作原理,给出永磁同步电机及矢量控制单元、机械传动装置单元、扭矩传感器单元的机理模型。其次,本文针对控制系统机理模型的特点,分析了常用先进控制策略,提出了一种基于模糊控制的PID优化控制方案,详细阐述了控制器设计的过程。根据装置扭矩加载实际工况进行了控制系统仿真,结果显示基于模糊控制的PID优化控制方案取得了良好的控制性能。再次,本文基于PXI平台的硬件系统和Lab View平台实现了提出的控制方法,将基于模糊控制的PID优化方案应用于5kNm卧式参考式扭矩标准装置,完成了系统联调。最后,本文通过传感器性能试验(静重式扭矩标准装置)和扭矩步进加载试验(5kNm参考式扭矩标准装置),进行了装置不确定度评估,验证了优化控制方案的可行性。
【关键词】：参考式扭矩标准装置 模糊PID控制 仿真 PXI测控平台
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH823.4;TP273.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外参考式扭矩标准装置发展现状10-13
• 1.3 课题研究主要内容及工作方案13-15
• 第2章 参考式扭矩标准装置控制系统建模及分析15-31
• 2.1 参考式扭矩标准装置结构及加载控制系统组成15-16
• 2.1.1 参考式扭矩标准装置结构15-16
• 2.1.2 参考式扭矩标准装置加载控制系统组成16
• 2.2 永磁同步电机及矢量控制系统16-24
• 2.2.1 永磁同步电机的结构与工作原理17
• 2.2.2 永磁同步电机的数学模型17-23
• 2.2.3 正弦波永磁同步电机的矢量控制23-24
• 2.3 机械传动装置机理建模24-26
• 2.4 扭矩传感器机理建模26-30
• 2.4.1 扭矩传感器静力特性26-29
• 2.4.2 扭矩传感器动态特性29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 控制器设计及控制系统仿真31-63
• 3.1 扭矩加载伺服控制系统控制方法研究31-34
• 3.1.1 先进控制方法32-33
• 3.1.2 控制方法分析33-34
• 3.2 扭矩环控制器设计34-44
• 3.2.1 模糊控制原理34-38
• 3.2.2 PID控制基本原理38-39
• 3.2.3 模糊PID控制器及其设计39-44
• 3.3 控制系统仿真44-61
• 3.3.1 永磁同步伺服电机及矢量控制系统仿真45-51
• 3.3.2 机械传动及扭矩传感器模块51-52
• 3.3.3 模糊PID控制器模块52-56
• 3.3.4 系统仿真及结果分析56-61
• 3.4 本章小结61-63
• 第4章 参考式扭矩标准装置测控系统设计63-77
• 4.1 扭矩加载系统硬件平台设计63-66
• 4.1.1 PXI平台概述63-64
• 4.1.2 控制系统硬件配置64-66
• 4.2 扭矩加载系统软件设计66-75
• 4.2.1 Lab View平台概述66
• 4.2.2 软件设计功能指标66-67
• 4.2.3 软件设计模式及架构67-68
• 4.2.4 软件功能模块设计68-75
• 4.3 本章小结75-77
• 第5章 5KNM卧式参考式扭矩标准装置试验及分析77-93
• 5.1 扭矩传感器特性试验77-82
• 5.1.1 试验设备77-78
• 5.1.2 传感器特性试验78-82
• 5.1.3 试验结论82
• 5.2 扭矩步进加载试验82-86
• 5.2.1 预加载试验83-84
• 5.2.2 扭矩传感器完整校准流程试验84-86
• 5.2.3 加载稳定度试验86
• 5.3 装置不确定度评估86-90
• 5.3.1 参考式扭矩标准装置不确定度来源86-87
• 5.3.2 5kNm卧式参考式扭矩标准装置不确定度评估87-90
• 5.4 试验研究结论90-93
• 第6章 结论及展望93-95
• 6.1 本文工作总结93
• 6.2 后续工作展望93-95
• 致谢95-97
• 参考文献97-101
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文101

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本文编号：734910