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电液比例同步控制系统研究

作　者: 邢印姣
导　师: 游有鹏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 电液比例 同步控制 Matlab/SIMULINK仿真 PID控制 前馈控制 模糊自适应PID控制
分类号: TH137
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


电液比例控制系统以其结构简单、控制精度高、易于实现自动控制和适于大功率场合等特点,在工程领域中得到广泛应用。采用电液比例技术实现液压机构之间的同步问题正日益得到重视。由于其同步性能直接影响到系统的加工效果,因而,研究高性能的同步控制算法具有重要的实用价值。本文基于自行研制的PC104+DSP运动控制卡结构的电液比例控制系统平台,对运动控制卡上DSP模块进行了软件开发,重点是对适用于该系统下的控制算法进行仿真分析和实验性能对比。主要研究工作和成果如下:(1)分析了电液比例同步控制系统的特点,以自行设计的PC104+DSP运动控制卡为系统硬件平台,采用模块化思想,对系统的控制软件进行了模块划分和运动控制设计。DSP上编程实现了运动控制功能、上下位机通讯、以及人机输入设备通讯等模块。(2)基于对电液比例系统中动力元件的动力学特性分析,建立系统中各元件的数学模型,并在Matlab/SIMULINK中建立相应的仿真模型,最终形成双缸系统的完整数学模型,模型经过试验验证。(3)以系统的数学模型为基础,在SIMULINK中进行控制算法仿真。在分析了传统PID控制算法的前提下,考虑到电液比例系统非线性,时变性等特点,研究了前馈PID控制、模糊控制、模糊自适应PID控制下双缸同步的控制效果。最终,基于电液比例实验平台对控制算法进行了工程实现、参数整定,以及不同负载下的响应特性分析和性能对比。本文设计开发的运动控制的软件模块、设备间通讯,以及各种PID控制算法,经过工程实现与参数整定,对促进电液比例同步控制系统在工程领域中的实际应用具有重要参考价值。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-9
图表清单  9-12
第一章 绪论  12-20
  1.1 电液比例控制技术  12-14
    1.1.1 电液比例控制系统及其组成  12-13
    1.1.2 电液比例控制的特点  13-14
  1.2 电液比例控制技术的发展  14-15
  1.3 电液比例位置同步控制  15-18
    1.3.1 电液比例位置控制  15-16
    1.3.2 液压同步控制及策略  16-17
    1.3.3 电液比例同步控制系统研究现状  17-18
  1.4 本文的研究目的及内容  18-20
    1.4.1 研究目的与研究内容  18-19
    1.4.2 本文内容安排  19-20
第二章 电液比例控制系统设计  20-29
  2.1 控制系统总体结构  20-21
  2.2 系统硬件结构  21-22
  2.3 系统软件结构  22-28
    2.3.1 DSP 软件模块设计  22-26
    2.3.2 人机输入设备软件模块设计  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 电液比例同步控制系统仿真  29-42
  3.1 电液比例同步控制系统工作原理  29
  3.2 系统数学建模  29-36
    3.2.1 功率放大器  30
    3.2.2 电液比例方向阀  30-32
    3.2.3 阀控非对称缸  32-36
    3.2.4 单缸闭环回路数学建模  36
  3.3 系统仿真模型建立  36-38
    3.3.1 功率放大器模块建立  36-37
    3.3.2 电液比例方向阀模块建立  37
    3.3.3 阀控非对称缸模块建立  37-38
    3.3.4 系统仿真模型建立  38
  3.4 系统仿真模型验证  38-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章 电液比例同步控制算法和仿真  42-68
  4.1 仿真分析的前提  42-43
  4.2 PID 控制  43-48
    4.2.1 PID 控制系统结构及原理  43-45
    4.2.2 数字 PID 控制算法  45-46
    4.2.3 PID 仿真分析  46-48
  4.3 前馈+PID 控制  48-52
    4.3.1 前馈+PID 控制原理  48-49
    4.3.2 前馈+PID 控制仿真分析  49-52
  4.4 模糊控制  52-66
    4.4.1 模糊控制器的基本结构  52-54
    4.4.2 常规模糊控制原理和仿真  54-59
    4.4.3 模糊自适应PID 控制原理和仿真  59-66
  4.5 控制算法对比总结  66-67
  4.6 本章小结  67-68
第五章 实验验证与分析  68-79
  5.1 实验环境  68
  5.2 主控制器和上位机交互的实现  68-69
  5.3 上位机键盘标准PS/2 接口的实现  69-70
  5.4 电液比例同步控制算法参数整定及性能对比实验  70-78
    5.4.1 参数整定  70-76
    5.4.2 对比实验  76-78
  5.5 本章小结  78-79
第六章 结论  79-81
  6.1 全文总结  79
  6.2 研究展望  79-81
参考文献  81-84
致谢  84-85
在学期间的研究成果及发表的学术论文  85

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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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