大跨距偏载条件下顶模系统中的多缸同步控制方法研究

发布时间：2020-11-16 05:14

　　 顶升模架钢平台技术是现如今超高层建筑施工领域常用的一种工艺方法,顶模液压系统作为主要驱动装置来实现顶升与支撑钢平台的功能。受到外界环境因素干扰和平台负载不均衡的影响,顶升过程中平台可能会发生倾斜甚至倒塌的事故,因此液压系统良好的稳定性、安全可靠性以及顶升油缸的同步性、抗干扰性是决定系统能否安全运行的关键。本文以顶模液压系统及其同步控制系统为研究对象,围绕顶模系统的功能与技术要求,设计了液压系统及其同步控制系统,对其动态响应特性、同步性能等内容进行了研究。本文针对顶模平台的机械结构及油缸动作流程,对顶模液压系统进行了整体设计,包括原理设计、回路设计、油缸设计、安全设计等;分析了导致四缸不同步的原因,采用基于并行闭环方式的PID与自适应模糊PID控制算法对四个油缸进行同步控制;对液压缸进行受力分析,推导得出单个阀控缸回路的数学模型及开环传递函数,利用开环Bode图进行稳定性分析,结果显示系统为欠阻尼系统,稳定且无明显超调。在AMESim软件中建立液压系统仿真模型,根据元件的选型设置元件仿真参数,在MATLAB/Simulink中建立PID与自适应模糊PID的控制器模型并编写相应的控制程序,进行联合仿真。仿真结果显示,在顶模系统液压缸偏载情况下,使用自适应模糊PID算法的系统响应更迅速,同步误差更小。仿真结果验证了算法的有效性,满足了系统要求的同步控制精度,也为顶模系统研究与实际应用提供了理论依据和参考。为了提升系统的控制性能,本文对控制策略及控制参数进行了优化。在并行方式的同步控制下,由于各缸的控制相对独立,同步误差会随着时间的推移逐渐增大,需要阶段性停机消除误差,使得系统的工作效率极大的降低。因此提出了一种基于主从方式的虚轴跟踪控制策略,在系统偏载情况下,能够及时消除液压缸之间的位移误差,无需停机消除累计误差,在确保系统满足系统设计误差的同时使得系统工作效率得到极大提升,优化了系统设计。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TU974;TP273
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 顶升钢平台模架系统简介
    1.3 研究现状
        1.3.1 顶模系统国内外发展现状
        1.3.2 同步控制技术研究现状
    1.4 论文研究内容
第2章 顶模液压系统设计
    2.1 顶模平台同步控制主要技术要求
    2.2 顶模系统的组成
    2.3 液压系统设计
        2.3.1 油缸动作流程
        2.3.2 液压同步回路及控制方式确定
        2.3.3 安全性设计
        2.3.4 液压原理图
    2.4 液压系统参数计算与元件选型
        2.4.1 主油缸计算选型及受力分析
        2.4.2 小油缸选型
        2.4.3 液压泵及电机选型
        2.4.4 其他元件、辅件的选型
    2.5 顶模液压系统中油缸不同步原因分析
    2.6 四缸同步控制策略
        2.6.1 液压同步控制系统方案
        2.6.2 控制算法
    2.7 本章小结
第3章 四缸同步控制数学模型的建立与稳定性分析
    3.1 建立数学模型
        3.1.1 阀控非对称缸建模的理论分析
        3.1.2 系统中各元件的数学模型
        3.1.3 单个阀控缸数学模型
    3.2 传递函数中参数的确定
    3.3 系统稳定性分析
    3.4 本章小结
第4章 同步控制系统的联合仿真
    4.1 AMESim和 Simulink软件概述
    4.2 建立仿真模型
        4.2.1 液压系统仿真模型
        4.2.2 控制算法仿真模型
        4.2.3 设置同步控制系统的仿真参数
        4.2.4 实现联合仿真
    4.3 仿真过程及结果分析
        4.3.1 阶跃响应分析
        4.3.2 不同控制算法下的同步系统仿真
        4.3.3 偏载下的同步系统仿真
    4.4 本章小结
第5章 同步控制系统特性分析及PID算法优化研究
    5.1 同步控制系统的误差分析
    5.2 控制策略优化
    5.3 PID参数整定
    5.4 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文

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本文编号：2885661