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基于指数趋近律的滑模变结构控制在电液位置伺服系统中的应用研究
作 者: 孙衍石
导 师: 熊晓燕;靳宝全
学 校: 太原理工大学
专 业: 机械电子
关键词: 电液位置伺服系统 滑模变结构控制 指数趋近律 鲁棒性 AMEsim/Simulink 联合仿真
分类号: TH137
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
电液位置伺服系统作为控制领域中一个重要的组成部分,具有控制精度高,响应速度快,便于调节的特点,同时又能控制大惯性实现大功率输出,因而在工业控制领域得到广泛的应用。随着电液伺服技术的发展和应用领域的逐步推广,对电液伺服系统的控制要求越来越高,在诸多影响电液伺服系统的控制精度的因素中,控制策略的选择非常关键。因此研究性能良好且算法不太复杂的控制方法是提高电液位置伺服系统控制精度的一项重要措施。由于实际电液位置伺服系统中,存在外界干扰力、液压油泄漏、油液品质、油温等不确定因素,使得电液位置伺服系统是一种典型的非线性系统,动态特性十分复杂,很难建立系统的精确数学模型,因而采用传统的基于线性系统的的控制方法设计的控制器的适应性和抗干扰能力差,难以得到好的控制效果。而实际系统要求稳态误差小、快速性好、鲁棒性强,这就给控制系统的设计带来了很大的困难。为了克服这些不利因素,满足系统要求,本文将滑模变结构控制策略应用于电液伺服控制系统中,来消除非线性对系统控制性能的影响,并采用指数趋近律的抖动消除法,有效减弱了系统的抖振现象,并改善了趋近阶段的运动品质。本文以阀控缸位置伺服系统为研究对象,通过对电液伺服系统的理论分析,建立了液压系统的数学模型,计算出了系统的有关参数。利用Matlab软件中的动态仿真工具Simulink,构造了电液伺服系统仿真模型,采用s函数来描述控制器和被控对象。分别采用了PID与滑模变结构控制方法对电液位置伺服控制系统进行了对比仿真和结果分析。利用AMEsim和Simulink各自优点的联合仿真技术能更加准确的模拟实际系统的工作状态,因而本文对系统又进行了AMEsim和Matlab/Simulink联合仿真分析。仿真实验结果证明,不管是Matlab环境下的Simulink仿真还是AMEsim/Simulink联合仿真,在系统参数变化和施加外干扰力的情况下,与PID控制相比,滑模变结构控制具有更好的动态特性,对被控对象的结构和参数变化以及外干扰力,具有很强的鲁棒性和自适应能力,取得了较高的位置伺服控制精度。本文还分析了指数趋近律的参数和滑模控制器的参数变化对系统性能的影响。Simulink仿真和AMEsim/Simulink联合仿真均证明采用滑模变结构控制策略,系统具有抗参数摄动能力强,动态特性良好,鲁棒性强以及算法简单易于微机实现等优点。因此趋近律滑模变结构控制在电液伺服系统中的应用可以有效提高系统的抗干扰能力,提高控制精度,在实际工程中有广泛的应有价值。
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全文目录
摘要 2-4 ABSTRACT 4-9 第一章 绪论 9-14 1.1 电液伺服控制系统的现状 9-10 1.2 电液伺服系统的特点及对控制策略提出的要求 10 1.3 滑模变结构控制策略及其在电液伺服系统中的应用 10-12 1.3.1 液压伺服系统滑模变结构控制存在的问题 11 1.3.2 电液伺服系统的趋近律滑模变结构控制 11-12 1.4 研究内容及意义 12-14 第二章 基于趋近律的滑模变结构控制理论 14-24 2.1 滑模变结构控制(SMC)的基本原理 14-18 2.1.1 滑模变结构控制的结构 15-16 2.1.2 滑模变结构控制系统的运动及其动态品质 16-18 2.2 滑模变结构控制中的抖振问题及其抑制 18-21 2.2.1 抖振产生的原因 18-19 2.2.2 抖振的削弱 19-21 2.3 基于趋近律的滑模变结构控制系统的设计 21-23 2.3.1 切换面的设计 21-22 2.3.2 基于趋近律方法的变结构控制函数求取 22-23 2.4 本章小结 23-24 第三章 电液位置伺服系统建模 24-40 3.1 电液伺服系统的数学模型分析 24-26 3.1.1 控制系统的结构组成 24-25 3.1.2 电液伺服系统的理论模型分析 25-26 3.2 电液伺服系统各环节传递函数 26-32 3.3 实验系统的参数分析与计算 32-37 3.3.1 电液伺服比例阀模型的建立 33-36 3.3.2 液压缸基本参数的确定 36-37 3.3.3 伺服放大器与位移传感器的选择 37 3.4 系统稳定性分析 37-39 3.4.1 开环增益计算与选择 37-38 3.4.2 系统的稳定裕量仿真分析 38-39 3.5 本章小结 39-40 第四章 基于SIMULINK 电液位置伺服系统趋近律滑模变结构控制的仿真研究 40-57 4.1 基于 Simulink 的 PID 仿真 40-41 4.2 基于状态空间的电液位置伺服系统的趋近律滑模变结构控制策略的选取 41-45 4.2.1 电液位置伺服系统的误差状态空间方程设计 41-43 4.2.2 滑模切换函数的计算与选取 43-44 4.2.3 基于趋近律方法的滑模控制器设计 44-45 4.3 仿真对比与结果分析 45-55 4.3.1 阶跃响应仿真对比与结果分析 46-51 4.3.2 正弦位置跟踪仿真对比与结果分析 51-55 4.4 趋近律参数对系统动态特性的影响分析 55-56 4.5 本章小结 56-57 第五章 基于AMESIM/SIMULINK 联合仿真的电液位置伺服系统趋近律滑模变结构控制 57-68 5.1 AMESim/Simulink 联合仿真的优越性 57-58 5.2 联合仿真平台的建立与实现 58-61 5.2.1 联合仿真接口设置 58-59 5.2.2 联合仿真的实现 59-61 5.2.3 联合仿真应用中需注意的问题 61 5.3 电液位置伺服系统的趋近律滑模控制联合仿真分析 61-66 5.3.1 静态参数系统的仿真比较与结果分析 61-62 5.3.2 负载变化仿真分析 62-63 5.3.3 外干扰力作用下仿真分析 63-64 5.3.4 供油压力对动态特性的影响 64-66 5.3.5 SMC 控制器参数对动态特性的影响 66 5.4 本章小结 66-68 第六章 总结 68-70 6.1 工作总结 68 6.2 进一步的工作研究 68-70 参考文献 70-73 致谢 73-74 攻读硕士学位期间所发表的论文 74
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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 液压传动
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