基于ARM的电液位置伺服控制系统研究
发布时间：2020-12-10 01:55
电液位置伺服控制系统由于自身的动力密度大、负载能力强等优点,在工业生产、航空航天等各个领域中得到了广泛的应用。其中用于实现控制策略的电液伺服控制器对系统的控制性能起着决定性作用。但是目前国内生产的电液伺服控制器在控制精度、可靠性等方面都有待提高,而且目前应用于电液伺服控制系统的控制策略存在对精确模型依赖性强,结构复杂,难以实际应用等缺点。所以针对以上问题,开发了以ARM指令集为架构的32位高性能电液伺服控制器,并提出了基于三维天牛须搜索法的PID控制策略。通过实验验证了此电液伺服器具有较好的控制性能,为解决目前国内电液伺服控制领域面临的问题提供了新的思路,做出了有益尝试。本文对阀控非对称缸位置伺服系统进行了建模和系统特性分析。分析结果表明对数字化控制器和控制策略的研究能够提高系统的控制性能。开发了一种基于ARM的电液伺服控制器,完成了硬件电路设计。并在此基础上进行了嵌入式软件的开发工作,开发了适用于电液伺服控制系统的上位机调试软件。将改进的天牛须搜索算法应用到PID控制算法的参数整定中,提出了基于三维天牛须搜索法的PID控制策略。通过仿真对比证实了算法的有效性。在上述研究的基础上,将基...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电液伺服控制器软件界面
第4章电液伺服控制系统软件开发-37-与发送。调试软件的数据显示模块如图4-9蓝色部分所示。这部分的布局方式采用了绝对布局，数据接收区域和参数发送区域采取了相同的布局方式与控件选择，仅仅在位置与大小上略有不同。通信配置模块主要完成对上位机通信参数的配置操作，操作界面如图4-10所示。图4-10通信配置模块通信配置部分的控件布局为标签与控件一一对应的关系，所以使用栅格布局的方式将窗口控件放入一个网格之中，然后将它们合理地划分成若干行和列，并将其中的每个窗口控件放置在合适的单元中。上述的界面文件是由ui文件编译而来，由于界面文件每次编译时都会初始化，所以需要新建一个py文件调用界面文件，这个新建的py文件就是上位机调试软件的逻辑文件，即业务文件。这种方式实现了显示界面与业务逻辑的分离，使得无论是界面还是逻辑的代码结构都十分清晰，而且方便代码的修改与调试工作。信号和槽是Qt的核心机制。在创建事件循环之后，通过建立信号和槽的链接就可以实现对象之间的通信。当信号发射时，连接的槽函数就会自动执行。在PyQt5中信号和槽通过QObject.signal.connect()进行连接。当对象改变其状态时，信号就由该对象发射出去。槽用于接收信号，但它们是普通的对象成员函数。通过这个空间编程机制，信号和槽对鼠标或者键盘在界面上的操作进行相应处理。信号与槽机制示意如图4-11所示。在本文阐述的应用程序中，使用内置信号与槽进行连接并设置了如下信号和槽：(1)对控制器串口操作开始按钮的鼠标左键单击触发串口开启操作函数；(2)对控制器串口操作关闭按钮的鼠标左键单击触发串口关闭操作函数；(3)对参数发送区发送按钮进行鼠标左键单击操作触发串口发送函数；(4)鼠标左键单击控制器串口搜索的刷新按钮触发串口刷新函?
第4章电液伺服控制系统软件开发-39-串口发送数据函数会首先从多行文本框中获取文本，然后进行文本格式的规范化处理与正确编码，之后判断是否进行十六进制发送，选择发送或者十六进制数据处理，将处理后的数据从十六进制字符串hexstr转为二进制数据通过串口发送，否则以消息弹窗的形式返回错误信息，以转换编码错误为例，如图4-13所示。图4-13转换编码错误消息弹窗图串口接收数据函数首先会以字节的形式读取COM口接收到的所有数据，如果成功读取则判断用户是否勾选了十六进制接收，如果未勾选则以gb2312的编码方式进行解码，否则进入十六进制的解码过程，最后对所有得到的十六进制数据进行规范化处理，以0x开头的形式将数据显示在接受区。数据接收的具体流程如图4-14所示。读取串口所有数据数据读取成功？开始结束是否16进制接收？否是16进制转换并解码数据解码严重错误弹窗：串口接收数据错误数据规范化处理显示在接受区图4-14数据接收流程图串口刷新函数会第一时间清空下拉选择框中之前残留的串口选项，然后搜索所有的可用串口，并对所有可用串口一一进行检查，确定它们中保持读写开启的串口，并将串口名添加到下拉选择框的列表中，最后完成操作关闭串口。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BP神经网络的PID控制器参数调整[J]. 张永振,苏寒松,刘高华,廖泽龙. 南开大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]新型萤火虫算法及在刮板输送机伸缩机尾PID控制中的应用[J]. 毛君,郭浩,陈洪月. 机械科学与技术. 2018(09)
[3]电液伺服非线性控制技术研究进展综述[J]. 郭庆. 液压与气动. 2018(03)
[4]改进的RBF神经网络PID算法在电液伺服系统中应用[J]. 吴晓明,马立廷,郑协,张晓明,郑树伟. 机床与液压. 2015(11)
[5]平整机轧制力控制系统神经网络自整定PID控制策略研究[J]. 李昊,孔祥东,刘君. 机床与液压. 2010(13)
[6]基于神经网络PID的液压位置伺服系统控制的研究[J]. 丁曙光,吴卫平,桂贵生. 组合机床与自动化加工技术. 2009(03)
[7]PID Controller Optimization by GA and Its Performances on the Electro-hydraulic Servo Control System[J]. Karam M. Elbayomy. Chinese Journal of Aeronautics. 2008(04)
[8]自适应PID的发展概况[J]. 赵国山,仇性启. 化工自动化及仪表. 2006(05)
[9]电液控制技术的发展与应用[J]. 陈刚,朱石沙,王启新,吴瀚晖. 机床与液压. 2006(04)
[10]PID控制器设计与参数整定方法综述[J]. 杨智,朱海锋,黄以华. 化工自动化及仪表. 2005(05)
硕士论文
[1]双通道冗余智能伺服控制器的研究与设计[D]. 马丽娜.西安工程大学 2015
[2]电液伺服系统PID神经网络控制策略研究与应用[D]. 李拓彬.中南大学 2013
[3]PID参数整定技术的研究及应用[D]. 刘玲玲.郑州大学 2010
[4]智能PID整定方法的仿真与实验研究[D]. 李瑞霞.太原理工大学 2007
[5]智能电液伺服控制器的研制和应用[D]. 王正齐.华中科技大学 2007
[6]自适应控制器及其在阀控非对称缸力系统中的应用[D]. 张立春.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：2907872
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电液伺服控制器软件界面
第4章电液伺服控制系统软件开发-37-与发送。调试软件的数据显示模块如图4-9蓝色部分所示。这部分的布局方式采用了绝对布局，数据接收区域和参数发送区域采取了相同的布局方式与控件选择，仅仅在位置与大小上略有不同。通信配置模块主要完成对上位机通信参数的配置操作，操作界面如图4-10所示。图4-10通信配置模块通信配置部分的控件布局为标签与控件一一对应的关系，所以使用栅格布局的方式将窗口控件放入一个网格之中，然后将它们合理地划分成若干行和列，并将其中的每个窗口控件放置在合适的单元中。上述的界面文件是由ui文件编译而来，由于界面文件每次编译时都会初始化，所以需要新建一个py文件调用界面文件，这个新建的py文件就是上位机调试软件的逻辑文件，即业务文件。这种方式实现了显示界面与业务逻辑的分离，使得无论是界面还是逻辑的代码结构都十分清晰，而且方便代码的修改与调试工作。信号和槽是Qt的核心机制。在创建事件循环之后，通过建立信号和槽的链接就可以实现对象之间的通信。当信号发射时，连接的槽函数就会自动执行。在PyQt5中信号和槽通过QObject.signal.connect()进行连接。当对象改变其状态时，信号就由该对象发射出去。槽用于接收信号，但它们是普通的对象成员函数。通过这个空间编程机制，信号和槽对鼠标或者键盘在界面上的操作进行相应处理。信号与槽机制示意如图4-11所示。在本文阐述的应用程序中，使用内置信号与槽进行连接并设置了如下信号和槽：(1)对控制器串口操作开始按钮的鼠标左键单击触发串口开启操作函数；(2)对控制器串口操作关闭按钮的鼠标左键单击触发串口关闭操作函数；(3)对参数发送区发送按钮进行鼠标左键单击操作触发串口发送函数；(4)鼠标左键单击控制器串口搜索的刷新按钮触发串口刷新函?
第4章电液伺服控制系统软件开发-39-串口发送数据函数会首先从多行文本框中获取文本，然后进行文本格式的规范化处理与正确编码，之后判断是否进行十六进制发送，选择发送或者十六进制数据处理，将处理后的数据从十六进制字符串hexstr转为二进制数据通过串口发送，否则以消息弹窗的形式返回错误信息，以转换编码错误为例，如图4-13所示。图4-13转换编码错误消息弹窗图串口接收数据函数首先会以字节的形式读取COM口接收到的所有数据，如果成功读取则判断用户是否勾选了十六进制接收，如果未勾选则以gb2312的编码方式进行解码，否则进入十六进制的解码过程，最后对所有得到的十六进制数据进行规范化处理，以0x开头的形式将数据显示在接受区。数据接收的具体流程如图4-14所示。读取串口所有数据数据读取成功？开始结束是否16进制接收？否是16进制转换并解码数据解码严重错误弹窗：串口接收数据错误数据规范化处理显示在接受区图4-14数据接收流程图串口刷新函数会第一时间清空下拉选择框中之前残留的串口选项，然后搜索所有的可用串口，并对所有可用串口一一进行检查，确定它们中保持读写开启的串口，并将串口名添加到下拉选择框的列表中，最后完成操作关闭串口。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BP神经网络的PID控制器参数调整[J]. 张永振,苏寒松,刘高华,廖泽龙. 南开大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]新型萤火虫算法及在刮板输送机伸缩机尾PID控制中的应用[J]. 毛君,郭浩,陈洪月. 机械科学与技术. 2018(09)
[3]电液伺服非线性控制技术研究进展综述[J]. 郭庆. 液压与气动. 2018(03)
[4]改进的RBF神经网络PID算法在电液伺服系统中应用[J]. 吴晓明,马立廷,郑协,张晓明,郑树伟. 机床与液压. 2015(11)
[5]平整机轧制力控制系统神经网络自整定PID控制策略研究[J]. 李昊,孔祥东,刘君. 机床与液压. 2010(13)
[6]基于神经网络PID的液压位置伺服系统控制的研究[J]. 丁曙光,吴卫平,桂贵生. 组合机床与自动化加工技术. 2009(03)
[7]PID Controller Optimization by GA and Its Performances on the Electro-hydraulic Servo Control System[J]. Karam M. Elbayomy. Chinese Journal of Aeronautics. 2008(04)
[8]自适应PID的发展概况[J]. 赵国山,仇性启. 化工自动化及仪表. 2006(05)
[9]电液控制技术的发展与应用[J]. 陈刚,朱石沙,王启新,吴瀚晖. 机床与液压. 2006(04)
[10]PID控制器设计与参数整定方法综述[J]. 杨智,朱海锋,黄以华. 化工自动化及仪表. 2005(05)
硕士论文
[1]双通道冗余智能伺服控制器的研究与设计[D]. 马丽娜.西安工程大学 2015
[2]电液伺服系统PID神经网络控制策略研究与应用[D]. 李拓彬.中南大学 2013
[3]PID参数整定技术的研究及应用[D]. 刘玲玲.郑州大学 2010
[4]智能PID整定方法的仿真与实验研究[D]. 李瑞霞.太原理工大学 2007
[5]智能电液伺服控制器的研制和应用[D]. 王正齐.华中科技大学 2007
[6]自适应控制器及其在阀控非对称缸力系统中的应用[D]. 张立春.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：2907872
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