伺服驱动双活塞气体流量标准装置控制特性研究

发布时间：2017-09-16 17:13

  本文关键词：伺服驱动双活塞气体流量标准装置控制特性研究

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【摘要】：活塞式气体流量标准装置具有建设周期短、精度高、流量稳定、工作压力可调等优点,在流量计量领域已越来越受到重视。但是使用活塞式气体流量标准装置检定流量计时,由于活塞缸容积有限,最大检定流量和检定时间受到限制,伺服驱动往复式双活塞气体流量标准装置很好地解决了该问题。本课题针对该双活塞气体流量装置的低速控制及协同控制等特性展开研究,主要内容如下:首先,简单介绍了课题背景及意义。解释了低速爬行的定义,描述了低速爬行的运动现象。介绍了低速爬行运动与多电机协同控制的研究意义和国内外研究现状。其次,针对伺服驱动往复式双活塞装置设计了三种工作模式,分别介绍了不同模式下装置的工作原理与数学模型,并且展开了实验研究。该伺服驱动往复式双活塞气体流量标准装置与浙江省计量科学研究院的基于零平衡调节原理的活塞装置比对一致性良好,重复性为0.02%。接着,针对伺服驱动双活塞装置检定小流量喷嘴时,电机运转速度较低出现的爬行现象展开研究。电机低速情况下,其转矩值不断升高,常伴随电机由于转矩值过高而报错急停,致使装置不能满足检定小流量喷嘴的要求。文章分析了产生爬行现象的机理,并提出在不改进硬件的前提下,通过在电机运动曲线中叠加颤振信号的方式改善爬行现象。实验证明该方法有效改善双活塞装置的低速工况,电机运动转矩明显下降,从而将装置可检定的最小流量由0.064m3/h拓展到0.04m3/h。最后,针对装置的双缸并联联动模式下两电机协同运行,提出了基于模糊PID的交叉耦合控制模式。在Matlab/Simulink环境建立模型并开展协同控制以及抗干扰研究,仿真验证结果表明两电机基于模糊PID的交叉耦合控制优于常规PID交叉耦合控制、优于双电机并行闭环控制模式,可有效改善装置的协同控制特性。
【关键词】：伺服驱动 双活塞 低速控制 协同控制
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH814
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 引言14
• 1.2 气体流量标准装置研究现状14-17
• 1.3 本课题研究目的17
• 1.4 低速爬行17-19
• 1.4.1 低速爬行的定义17
• 1.4.2 低速爬行的意义和现象17-18
• 1.4.3 低速爬行的研究进展18-19
• 1.5 多电机协同控制19-20
• 1.5.1 多电机协同控制的意义19
• 1.5.2 多电机协同控制研究现状19-20
• 1.6 本论文主要研究内容20-22
• 2 双活塞装置工作原理及实验方案22-38
• 2.1 装置的技术指标及工作原理22-25
• 2.1.1 单缸模式23-24
• 2.1.2 双缸并联联动模式24-25
• 2.1.3 双缸串联联动模式25
• 2.2 数学模型25-29
• 2.3 实验研究29-37
• 2.3.1 气密性实验29-32
• 2.3.2 单缸实验32-34
• 2.3.3 双缸串联联动实验34-36
• 2.3.4 双缸并联联动实验36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 3 伺服电机低速爬行现象研究38-50
• 3.1 低速爬行现象分析38-40
• 3.2 低速爬行原因分析40-43
• 3.2.1 活塞结构分析40-42
• 3.2.2 电机特性分析42-43
• 3.3 解决方案43-44
• 3.4 电机低速特性实验44-49
• 3.4.1 对比性实验44-47
• 3.4.2 重复性实验47-48
• 3.4.3 工作腔内气体状态实验48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 4 多电机协同控制算法研究50-71
• 4.1 模型介绍50-54
• 4.2 并行同步控制54-57
• 4.3 基于PID的交叉耦合控制57-60
• 4.4 基于模糊PID的交叉耦合控制60-67
• 4.4.1 模糊PID控制系统的基本思路61-62
• 4.4.2 模糊控制器的实现62-67
• 4.5 模糊PID交叉耦合控制的仿真研究67-70
• 4.6 本章小结70-71
• 5 总结与展望71-73
• 5.1 课题研究总结71-72
• 5.2 课题创新点72
• 5.3 课题研究展望72-73
• 参考文献73-76
• 作者简介76

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本文编号：864352