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液压缸装配专用设备的电液伺服模糊控制系统的研究

作　者: 宋凤敏
导　师: 刘军营
学　校: 山东理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 液压缸装配专用设备自定心夹紧机构电液伺服系统模糊控制器 MATLAB仿真
分类号: TH137.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 158次
引　用: 4次
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内容摘要

液压缸作为一种重要配套部件,随着工程机械行业的发展,自身种类和产量也日益增加,原有的装配设备和装配方式远不能满足产品质量和数量的市场需求。在液压缸装配过程中,缸筒和活塞杆组件的中心线快速对中是保证液压缸密封性能和提高生产效率的关键和难点。依据液压缸装配要求,本课题设计了新型液压缸装配专用设备,采用自定心夹紧机构,即液压马达带动一齿轮和双齿条机构实现V型块同步对中,保证缸筒中心线和活塞杆中心线在Y方向上迅速找正;设计了调整装置Z方向的电液伺服系统,建立数学模型并进行简化,采用模糊控制,能够更快速准确地调整被控液压缸的位置,使得待装配的缸筒和活塞杆组件的中心线在Z向迅速自动找正。电液伺服模糊控制系统的研究是以电液伺服阀——液压缸驱动装置为被控对象,针对系统时变性、非线性和无精确数学模型的特点,设计了常规模糊控制器、自适应模糊PID控制器和模型参考自适应模糊控制器(后两种统称模糊自适应控制器);并运用MATLAB7.0对各控制器在系统阻尼比变化和加入干扰的情况下进行仿真和分析,验证了模糊自适应控制器比常规PID控制器和常规模糊控制器具有更好的动态特性、静态特性和鲁棒性;通过联机实验,验证了所设计的模型参考自适应模糊控制器是有效的,达到了液压缸装配专用设备的使用要求,为样机制造提供了可靠依据。对液压缸装配专用设备和电液伺服模糊控制系统的研究,具有较大的实际意义和理论价值,解决了在实际生产过程中制约液压缸生产的瓶颈问题,提高产品的内在质量和生产效率,从而降低工人的劳动强度和产品故障率,减少售后服务费用,增强产品在本行业中竞争力。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-17
  1.1 课题的背景和意义  9-10
  1.2 液压伺服控制的发展及应用  10-11
  1.3 电液伺服控制的工作原理及组成  11
  1.4 近代电液伺服控制系统面临的问题  11-12
  1.5 模糊控制理论的发展和研究方向  12-16
    1.5.1 模糊控制理论的发展  12-13
    1.5.2 模糊控制方法的研究现状  13-15
    1.5.3 模糊控制理论的几个研究方向  15-16
  1.6 课题来源和主要研究内容  16-17
第二章液压缸装配专用设备的结构设计  17-24
  2.1 概述液压缸及装配时注意事项  17-18
    2.1.1 简介液压缸及其分类  17
    2.1.2 液压缸装配时注意事项  17-18
  2.2 液压缸装配方式和装配设备方案  18-21
    2.2.1 液压缸手工装配工艺  18
    2.2.2 现有装配设备结构方案  18-21
  2.3 装配设备的新方案  21-23
    2.3.1 液压元件作为执行元件  21
    2.3.2 自定心夹紧机构  21-22
    2.3.3 安装位移传感器  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章电液位置伺服系统的设计  24-34
  3.1 电液位置伺服系统的结构图和原理图  24-26
    3.1.1 电液位置伺服系统的结构图  24-25
    3.1.2 电液伺服控制系统原理图  25-26
  3.2 电液位置伺服系统的数学模型  26-31
    3.2.1 功率放大器  26
    3.2.2 电液伺服阀  26-27
    3.2.3 位移传感器  27-28
    3.2.4 非对称液压缸  28-30
    3.2.5 简化数学模型  30-31
  3.3 电液位置伺服系统的非线性因素和参数时变性  31-32
    3.3.1 伺服阀的死区非线性  31
    3.3.2 阀控液压缸参数的时变性  31-32
  3.4 电液伺服系统的主要控制策略及其适应性  32-33
    3.4.1 PID 控制策略及其适应性  32
    3.4.2 自适应控制策略及其适应性  32-33
    3.4.3 模糊控制策略及其适应性  33
    3.4.4 控制策略知识小结  33
  3.5 本章小结  33-34
第四章电液位置伺服系统模糊控制器的设计与仿真  34-61
  4.1 模糊控制理论基础  34-39
    4.1.1 模糊集合  34-35
    4.1.2 模糊集合的隶属函数  35-36
    4.1.3 模糊推理  36-37
    4.1.4 模糊控制器的结构与设计  37-38
    4.1.5 模糊控制理论部分小结  38-39
  4.2 电液位置伺服系统常规模糊控制器的设计  39-48
    4.2.1 确定电液位置伺服系统常规模糊控制器的结构  39-40
    4.2.2 模糊控制器语言变量和量化因子及比例因子的确定  40-42
    4.2.3 模糊控制规则  42-43
    4.2.4 模糊关系的推算  43-44
    4.2.5 模糊控制查询表  44-45
    4.2.6 常规模糊控制器的仿真  45-48
    4.2.7 常规模糊控制器部分小结  48
  4.3 模糊自适应整定PID 控制原理  48-49
  4.4 自适应模糊PID 控制器的设计方案  49-54
    4.4.1 自适应模糊PID 控制器结构  49
    4.4.2 比例、积分和微分系数的作用  49-50
    4.4.3 自适应模糊PID 控制器的设计  50-52
    4.4.4 正弦波输入信号的仿真结果及分析  52-53
    4.4.5 自适应模糊PID 控制器部分小结  53-54
  4.5 模型参考自适应模糊控制器的设计方案  54-57
    4.5.1 模型参考自适应模糊控制器结构  54-55
    4.5.2 参考模型及控制对象的数学模型  55-56
    4.5.3 仿真结果及分析  56-57
  4.6 单位阶跃响应的仿真结果及分析  57-61
    4.6.1 电液位置伺服系统的稳定性分析  57
    4.6.2 电液位置伺服系统的稳态误差  57-58
    4.6.3 单位阶跃响应的仿真结果和分析  58-61
第五章联机实验及结果分析  61-67
  5.1 实验系统  61-63
    5.1.1 实验系统工作原理  61-62
    5.1.2 实验系统的组成  62-63
  5.2 实验结果及分析  63-66
    5.2.1 常规PID 控制系统的实验性能  63-64
    5.2.2 模型参考自适应模糊控制系统的实验性能  64-66
  5.3 本章小结  66-67
第六章总结与展望  67-69
  6.1 全文工作总结  67-68
  6.2 论文工作展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
攻读硕士期间的科研实践工作及成绩  73

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