学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示
一种基于开关电磁阀的气动比例舵机研究
作 者: 张军昌
导 师: 肖凯;曹国武
学 校: 国防科学技术大学
专 业: 航天工程
关键词: 气动舵机 电磁阀 PID控制 滑模控制
分类号: U664.36
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 11次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
内容摘要
本文分析了基于开关电磁阀的气动比例舵机的组成及工作原理,借助于电磁学、气压动力学和气压伺服的相关理论,建立了电磁阀数学模型、气缸流量方程、气缸两腔的压力方程等系统动态特性方程,并对其进行了线性化,同时结合实验确立了系统控制对象——阀控缸的传递函数。基于阀控缸控制对象,分别设计了PI、PID控制器和基于指数趋近率的连续及离散滑模变结构控制器。在simulink中,搭建了采用以上不同控制策略的系统仿真模型,分别对舵机系统进行了阶跃响应和正弦波带宽响应仿真,通过对仿真得到的超调量、调节时间、带宽等指标的对比,仿真结果表明:以上控制律都能达到系统指标,采用滑模控制律比采用PI和PID控制律的控制效果更好。在系统控制律的实现上,课题设计了基于PIC16F877单片机的数字PID控制算法软件程序,并设计和制作了相应的外围硬件配套电路。同时对舵机样机进行了时域、频域响应测试,试验结果表明:设计的数字PID控制器能满足系统的要求,控制系统在快速性和稳定性上均能达到指标要求,这为将来工程项目的立项研究提供了积极的参考意义。
|
全文目录
摘要 11-12 ABSTRACT 12-13 第一章 绪论 13-20 1.1 课题的研究背景和发展现状 13-15 1.1.1 课题的研究背景 13 1.1.2 舵机的发展现状 13-15 1.2 气动伺服技术简介 15-17 1.2.1 气动伺服系统的组成和分类 15-16 1.2.2 气动伺服控制系统的发展和现状 16-17 1.3 舵机设计要求和技术指标 17-18 1.4 本课题的主要研究工作 18-20 第二章 气动比例舵机组成与原理概述 20-27 2.1 气动比例舵机系统方案 20-22 2.1.1 基于开关阀的气动比例舵机组成 20-21 2.1.2 脉宽调制(PWM)控制 21-22 2.1.2.1 脉宽调制(PWM)技术简介 21 2.1.2.2 PWM 工作原理 21-22 2.1.2.3 脉宽调制信号的产生 22 2.2 气动比例舵机系统设计及工作原理 22-25 2.2.1 气动比例舵机系统设计 22-24 2.2.2 舵机工作原理 24-25 2.3 与bang-bang 舵机性能比较 25-27 第三章 气动比例舵机系统建模 27-43 3.1 阀控缸环节 28-40 3.1.1 PWM 数学模型 28 3.1.2 舵机驱动器数学模型 28 3.1.3 开关电磁阀数学模型 28-32 3.1.3.1 电压平衡方程 29 3.1.3.2 电磁吸力方程 29-30 3.1.3.3 衔铁力平衡方程 30 3.1.3.4 阀芯的运动分析 30-32 3.1.4 气缸数学模型 32-38 3.1.4.1 气缸的流量方程 32-34 3.1.4.2 气阀的压力流量特性 34-36 3.1.4.3 气缸两腔的压力方程 36-37 3.1.4.4 气缸摩擦力模型 37-38 3.1.5 阀控缸环节传递函数 38-40 3.2 传动组件环节 40-41 3.3 反馈电位计环节 41-42 3.4 舵机系统方框图 42-43 第四章 PID 控制及控制器设计 43-57 4.1 PID 控制器的基本结构 43-45 4.1.1 PID 控制器参数对控制性能的影响 44-45 4.1.2 控制规律的选择 45 4.2 数字PID 控制算法 45-47 4.3 数字PID 控制器参数选择及滤波 47-49 4.3.1 数字PID 控制器的参数整定 47-48 4.3.2 数字PID 控制器采样周期选择 48 4.3.3 数字PID 控制器滤波方法 48-49 4.4 控制器的单片机实现 49-57 4.4.1 PIC16F877 单片机性能特点 50-51 4.4.2 控制器硬件电路设计 51-53 4.4.2.1 求差与A/D 采样电路 51 4.4.2.2 单片机通信电路 51-53 4.4.3 控制器软件设计 53-57 4.4.3.1 采样周期的选择 53 4.4.3.2 A/D 转换 53-54 4.4.3.3 PWM 输出的实现 54-55 4.4.3.4 程序软件设计 55-57 第五章 系统滑模变结构控制及控制器设计 57-70 5.1 滑模变结构控制的基本特性 57-61 5.1.1 滑模变结构控制的基本问题 57-58 5.1.2 滑模控制的动态品质 58-59 5.1.3 滑模控制的抖振问题 59 5.1.4 滑模控制对干扰及摄动的不变性 59-61 5.2 滑模变结构控制设计 61-65 5.2.1 线性系统的连续滑模控制 61-64 5.2.1.1 连续滑模控制切换函数s ( x ) 的设计 61-62 5.2.1.2 连续滑模控制输入u ( x ) 的设计 62-64 5.2.2 线性系统的离散滑模控制 64-65 5.2.2.1 离散滑模切换函数s ( k ) 的设计 64 5.2.2.2 离散滑模控制输入u ( k ) 的设计的设计 64-65 5.3 阀控缸系统滑模控制实现 65-68 5.3.1 阀控缸的连续滑模控制实现 65-67 5.3.2 阀控缸的离散滑模控制实现 67-68 5.4 系统干扰及参数摄动性分析 68-70 5.4.1 系统干扰性分析 68-69 5.4.2 系统参数摄动性分析 69-70 第六章 系统仿真与试验 70-86 6.1 系统Simulink 仿真及分析 70-78 6.1.1 Simulink 简介 70 6.1.2 系统Simulink 仿真 70-77 6.1.2.1 采用PI 控制律的系统Simulink 仿真 71-73 6.1.2.2 采用PID 控制律的系统Simulink 仿真 73-74 6.1.2.3 采用连续滑模控制律的系统Simulink 仿真 74-75 6.1.2.4 采用离散滑模控制律的系统Simulink 仿真 75-77 6.1.3 仿真结果分析 77-78 6.2 系统试验测试 78-83 6.2.1 试验测试目的 78 6.2.2 系统时域响应测试 78-81 6.2.3 系统频域响应测试 81-83 6.2.3.1 频域响应测试原理 81 6.2.3.2 舵机测试系统简介 81-82 6.2.3.3 舵机频域响应测试 82-83 6.3 舵机传递函数辨识及验证 83-86 6.3.1 舵机传递函数辨识 83-84 6.3.2 试验测试及验证 84-86 结束语 86-88 致谢 88-89 参考文献 89-92 作者在学期间取得的学术成果 92-93 附录A 附录A 题目 93-94 附录 B 附录 B 题目 94
|
相似论文
- 三轴稳定卫星姿态控制方法研究,V448.22
- 卫星姿态的磁控制方法研究,V448.222
- 船用舵机电液伺服单元单神经元PID控制,U666.152
- 角加速度控制系统设计研究,TP273
- 涵道式无人飞行器系统的建模与控制策略研究,V249.122
- 半导体激光器温度控制系统的研究,TP273
- 压电驱动微工作台的控制与校正技术研究,TP273
- 基于模糊整定PID的海浪运动模拟试验台控制系统设计,TP273.4
- 多层共挤流涎成形过程温度控制技术研究,TQ320.721
- 基于控制方法的粒子群算法改进及应用研究,TP301.6
- 电渣炉过程控制系统的设计及优化控制,TP273
- 工业锅炉水位控制系统的研究,TP273
- 移动机器视觉定位导航和自主避障系统的研究,TP242
- 最优分数阶PID控制器的设计与研究,TP13
- 汽车起动机性能高精度高稳定测试方法研究及应用,U467
- 基于电液比例阀控缸位置系统的控制策略及性能研究,TH137.52
- 基于直线电机的机器视觉高速定位系统,TM33
- 车载“动中通”卫星通信地球站伺服控制系统的研究与设计,TN927.21
- PID参数自整定的研究与应用,TP273
- 基于自适应控制和模糊控制的并条机自调匀系统的研究,TS103.3
- 交流传动系统的滑模控制算法研究,TP273
中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶机械 > 船舶推进装置 > 舵
© 2012 www.xueweilunwen.com
|