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基于先进PID算法的振动台控制仿真和模型共振研究

作　者: 胡世强
导　师: 田玉滨
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 电液伺服系统神经网络PID 模糊PID 模型共振
分类号: TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 88次
引　用: 1次
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内容摘要

地震模拟振动台试验是一种研究结构抗震性能的有效手段,但是振动台是一个非常复杂的非线性系统,系统的输出信号往往与期望信号存在误差,从而直接影响试验的效果。要使输出信号达到满意的效果,控制系统起着至关重要的作用。本文归纳总结了电液伺服振动台系统在国内外的发展现状,阐述了振动台系统控制理论的发展,对电液伺服系统的组成和工作原理进行详细的分析,并建立其数学模型,在Matlab/Simulink的环境下建立振动台系统的仿真模型,在此基础上主要做了如下研究:(1)将PID控制理论与神经网络算法相结合,设计了一种神经网络PID控制器,并将其应用到伺服系统的仿真模型中。仿真结果表明,神经网络PID控制器具有更快的响应时间,达到稳定需要的时间更短,而且对于不同的信号,都具有良好的控制效果。(2)模糊控制是一种经验化的控制理论,本文将模糊控制理论和PID控制理论相结合,设计了一种模糊PID控制器,并将其应用到伺服系统的仿真模型中。仿真结果分析表明,模糊PID控制振动台系统具有良好的动态性能,跟踪控制仿真效果良好,模糊PID控制是一种有效的控制方法。(3)在地震模拟振动台试验中,模型与台面系统之间必然会产生耦合动力作用,从而影响台面的动力特性。本文对耦合作用进行求解分析,结果表明,模型的质量、刚度和阻尼都会对台面的动力特性产生影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-17
  1.1 课题研究的意义和目的  8-13
  1.2 国内外研究现状及发展动态  13-16
    1.2.1 基于三参量反馈的控制算法  13-14
    1.2.2 智能控制算法  14-16
  1.3 本文的主要研究内容  16-17
第2章电液伺服系统分析  17-25
  2.1 电液伺服系统的组成  17
  2.2 电液伺服系统分析  17-22
    2.2.1 伺服阀的分类  17-19
    2.2.2 伺服阀的非线性数学模型  19-20
    2.2.3 电液伺服系统其它部分的数学模型分析  20-22
  2.3 基于Matlab/Simulink 的伺服系统仿真  22-24
    2.3.1 Matlab/Simulink 简介  22-23
    2.3.2 伺服阀建模  23
    2.3.3 伺服系统建模  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章两种先进PID 控制算法研究  25-63
  3.1 PID 控制  25-29
    3.1.1 比例控制  25-26
    3.1.2 微分控制  26-28
    3.1.3 积分控制  28-29
  3.2 神经网络  29-31
    3.2.1 人工神经网络模型  29-30
    3.2.2 人工神经元模型  30-31
    3.2.3 神经元之间的拓扑结构  31
    3.2.4 神经网络的学习方式  31
  3.3 PID 神经元网络  31-37
    3.3.1 PID 神经元网络结构  31-33
    3.3.2 PID 神经网络控制器的设计  33-36
    3.3.3 伺服系统PID 神经网络控制仿真  36-37
  3.4 模糊PID 控制器  37-46
    3.4.1 模糊控制器的原理  37-38
    3.4.2 模糊PID 控制器的设计  38-45
    3.4.3 伺服系统模糊控制仿真  45-46
  3.5 仿真工况的设计  46-47
  3.6 仿真结果分析  47-61
    3.6.1 信号的相关系数  47-48
    3.6.2 仿真结果分析  48-61
  3.7 本章小结  61-63
第4章模型共振研究  63-79
  4.1 荷载与台面的相互作用  63
  4.2 单自由度台面系统方程的建立  63-67
  4.3 荷载和台面共同作用对频响特性的影响  67-71
    4.3.1 工况设计  67-68
    4.3.2 计算结果分析  68-71
  4.4 模型共振曲线分析  71-77
    4.4.1 工况设计  71-72
    4.4.2 计算结果分析  72-77
  4.5 本章小结  77-79
结论与展望  79-81
参考文献  81-87
致谢  87

基于先进PID算法的振动台控制仿真和模型共振研究

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