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模糊神经网络PID控制在夹送辊系统切换中的应用研究

作　者: 朱正邦
导　师: 徐本洲
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 夹送辊电液控制系统模糊神经网络PID 位置与力控制的切换
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 41次
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内容摘要

液压控制系统中常常同时存在位置控制和力控制，两者如果直接相互切换，会产生一个瞬时的波动，从而影响系统的精度和稳定性。在热连轧带钢生产中，夹送辊的作用是弯曲带钢头部，引导带钢进入卷取机，在抛钢后，与卷筒间建立张力。夹送辊采用液压驱动，属于电液伺服控制，其控制系统包含位置控制、力控制及之间的切换等，它的运行性能直接影响到生产线的状况、产品质量和产量。本文的研究目的就是设计控制器使夹送辊能稳定、准确、快速的进行位置与力系统的控制，并实现无抖动的切换。实际轧机的液压伺服控制系统中，工况复杂，现场存在较多的不确定因素的外负载干扰，被控对象具有很大的参数跳变，并且液压伺服系统本身就具有死区、滞环、明显的非线性、不确定性等特点，很难精确建立系统的数学模型，这就使得经典PID控制无法满足系统的某些性能要求。本文结合了神经网络的自学习、大规模并行处理能力与模糊控制的易于理解、鲁棒性强的特点，采用了模糊神经网络PID的控制方法，动态的根据实际情况来实时调节PID的参数。本文第二章对夹送辊控制系统进行了分析，并根据实验台的参数建立了电液伺服系统的动力学模型。第三章详细介绍了模糊神经网络PID控制器的原理与设计过程，在simulink中搭建系统模型并进行不同条件下的仿真对比。仿真结果表明了新控制器在系统控制性能上面有很大的提升。第四章是实验的验证，在实验台上模拟夹送辊的工作状态，验证各个控制器在实际运行中的性能，得到与仿真相同的结论。本文通过改进的PID控制，实现了电液位置系统与力系统之间的平稳切换，达到了稳定、准确、快速的要求，并通过大量的实验验证了理论的正确性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题来源及研究目的和意义  9-10
  1.2 国内外在该方向的研究现状及分析  10-16
    1.2.1 热连轧控制系统  10-11
    1.2.2 电液伺服控制系统中的基本控制策略  11-13
    1.2.3 无抖动平稳切换的基本控制策略  13-16
  1.3 本论文的主要研究内容  16-17
第2章夹送辊系统的建模与分析  17-28
  2.1 引言  17
  2.2 夹送辊的工作原理  17-19
    2.2.1 夹送辊的结构与工作过程  17-19
    2.2.2 夹送辊的控制原理  19
  2.3 夹送辊电液伺服系统建模  19-24
    2.3.1 夹送辊伺服阀  19-20
    2.3.2 夹送辊伺服放大器  20
    2.3.3 夹送辊液压动力机构  20-22
    2.3.4 夹送辊系统的开环传递函数  22-24
  2.4 伺服系统的参数确定  24-25
  2.5 夹送辊系统模型分析  25-27
    2.5.1 位置系统分析  26
    2.5.2 力系统分析  26-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章模糊神经网络 PID 控制器的设计与仿真  28-52
  3.1 引言  28
  3.2 经典 PID 控制  28-29
  3.3 模糊神经网络 PID 控制器的原理与结构  29-32
    3.3.1 控制器的原理  29-30
    3.3.2 控制器的结构  30-32
  3.4 模糊神经网络 PID 控制器的设计  32-38
    3.4.1 模糊 PID 的设计  32-36
    3.4.2 神经网络的训练  36-38
  3.5 模糊神经网络 PID 控制下夹送辊系统的仿真  38-42
    3.5.1 位置控制系统  38-40
    3.5.2 力控制系统  40-42
  3.6 模糊神经网络 PID 控制下实验台的仿真  42-46
    3.6.1 位置控制系统  42-44
    3.6.2 力控制系统  44-46
  3.7 切换方法的设计与仿真  46-50
    3.7.1 切换模型设计与分析  46-47
    3.7.2 切换仿真结果与分析  47-50
  3.8 本章小结  50-52
第4章实验验证与分析  52-74
  4.1 引言  52
  4.2 实验台的组成与原理  52-55
    4.2.1 实验台的硬件组成  52-53
    4.2.2 实验台的原理  53
    4.2.3 实验台的软件设置  53-55
  4.3 位置系统与力系统的实验结果与分析  55-60
    4.3.1 位置控制系统  55-58
    4.3.2 力控制系统  58-60
  4.4 切换实验结果与分析  60-73
    4.4.1 负载为 25kg 时的实验  61-66
    4.4.2 负载为 130kg 时的实验  66-72
    4.4.3 实验分析  72-73
  4.5 本章小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-80
致谢  80

模糊神经网络PID控制在夹送辊系统切换中的应用研究

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