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基于鲁棒控制的液压伺服系统的半实物仿真研究

作　者: 李梦辉
导　师: 李虹
学　校: 太原科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 鲁棒PID控制器 H_∞混合灵敏度控制器 DSP 电液位置伺服系统
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


电液位置伺服控制系统是当今控制领域重要的组成部分。本文的研究对象为轧机液压压下厚度控制系统试验装置,是一个典型的电液位置伺服控制系统。针对电液位置伺服系统中存在的参数不确定性的特点,本文设计了两种鲁棒控制器,并通过DSP控制器实现了所设计的鲁棒控制器。首先,文章建立了电液位置伺服系统的数学模型,并根据系统数学模型开环传递函数的灵敏度函数的奈奎斯特曲线上的点,与临界稳定点(-1,j0)点的距离,设计了系统的鲁棒PID控制器。在系统数学模型参数发生摄动的情况下,分析了控制系统的单位阶跃响应曲线与基于幅值与相角裕度所设计的PID控制器控制下的系统单位阶跃响应曲线之间的差别,验证了所设计的鲁棒PID控制器的鲁棒性能。其次,本文研究了控制系统中存在的不确定性的因素及其对系统的影响。并由此介绍了鲁棒控制器设计研究的由来,以及H_∞控制器设计的理论基础和设计H_∞混合灵敏度控制器时加权函数选取的原则。根据H_∞混合灵敏度控制器的设计方法,设计了轧机液压压下厚度系统试验装置的H_∞混合灵敏度控制器。最后,根据文章设计的鲁棒PID控制器和H_∞混合灵敏度控制器,使用数字信号处理器TMS320F2812实现了两种鲁棒控制器的功能。为了验证所设计的DSP鲁棒控制器的控制性能,设计了电液位置伺服系统数学模型的电模拟器。通过DSP鲁棒控制器与电模拟器联合试验,以及控制系统单位阶跃响应曲线与仿真曲线的对比,证明了所设计的DSP鲁棒控制器与所预想的控制效果基本一致。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 选题的目的和意义  8-11
    1.1.1 液压伺服控制的国内外发展概况及发展趋势  8
    1.1.2 液压伺服控制系统的特点  8-10
    1.1.3 半实物仿真概述  10-11
  1.2 现代先进控制器的设计与研究现状  11-12
  1.3 本论文主要研究内容  12-14
第二章 电液位置伺服控制系统的数学模型  14-22
  2.1 电液位置伺服系统组成  14
  2.2 电液位置伺服系统的驱动力机构的数学描述  14-15
    2.2.1 放大器  15
    2.2.2 位置传感器  15
    2.2.3 伺服阀  15
  2.3 电液位置伺服系统动力机构的数学描述  15-20
    2.3.1 滑阀流量方程  15-17
    2.3.2 液压缸的连续性方程  17-19
    2.3.3 液压缸负载的力平衡方程  19
    2.3.4 系统参数的确定  19-20
  2.4 电液位置伺服系统的非线性和不确定性因素  20
  2.5 系统的数学模型  20-21
  2.6 本章小结  21-22
第三章 鲁棒 PID 控制器设计  22-32
  3.1 鲁棒PID 原理  22-23
  3.2 电液位置伺服系统的 PID 控制  23-25
  3.3 鲁棒 PID 参数整定  25-26
  3.4 仿真及分析  26-29
  3.5 电液位置伺服系统参数变化时的频率特性分析  29-30
  3.6 本章小结  30-32
第四章 混合灵敏度 H∞控制器设计  32-42
  4.1 鲁棒控制基础  32-34
  4.2 H∞控制描述  34-35
    4.2.1 H∞控制理论问题的提出  34
    4.2.2 标准 H∞控制问题  34-35
  4.3 H∞混合灵敏度控制器的设计  35-39
    4.3.1 H∞混合灵敏度控制的设计思想  35-36
    4.3.2 H∞混合灵敏度加权函数的选取  36-38
    4.3.3 控制器的设计  38-39
  4.4 本章小结  39-42
第五章 电液位置伺服系统鲁棒控制器设计与实现  42-56
  5.1 电液位置伺服系统半实物仿真基本原理  42
  5.2 数字控制器的硬件实现  42-45
    5.2.1 数字信号处理(DSP)模块  42-43
    5.2.2 A/D 模块  43
    5.2.3 D/A 模块  43-44
    5.2.4 电模拟器设计  44-45
  5.3 数字控制器软件设计  45-49
    5.3.1 主程序  45-46
    5.3.2 A/D 转换子程序  46
    5.3.3 D/A 转换子程序  46-47
    5.3.4 数字滤波程序  47
    5.3.5 鲁棒 PID 控制算法程序  47-48
    5.3.6 H∞混合灵敏度控制算法程序  48-49
  5.4 实验仿真与 MATLAB 仿真比较  49-53
    5.4.1 鲁棒 PID 控制器仿真比较  49-52
    5.4.2 H∞混合灵敏度控制器仿真比较  52-53
  5.5 本章小结  53-56
总结与展望  56-58
参考文献  58-60
攻读学位期间发表的学术论文目录  60-62
致谢  62-63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化基础理论 > 自动控制理论
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