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电液伺服系统模糊PID控制仿真与试验研究

作　者: 田凡
导　师: 程珩；靳宝全
学　校: 太原理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 电液伺服控制系统模糊PID控制联合仿真 ARMSim/Simulink dSPACE
分类号: TP273.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 1060次
引　用: 18次
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内容摘要

随着科学技术的发展,电液伺服控制技术在工业控制领域得到了广泛的应用,凡要求精度高、响应快、便于调节、能实现大功率输出的控制系统,都普遍采用了电液伺服控制技术。而电液伺服系统是一个参数时变,存在外干扰的非线性不确定系统,难以建立出精确的数学模型。传统的PID控制器虽然算法成熟、稳定性好,但它基于系统精确模型设计,抗扰动性和适应性较差,难于控制非线性,不确定的复杂系统。二十世纪晚期兴起的模糊控制对电液伺服系统这种复杂的,不确定的系统处理能力强,控制性能好。它是智能控制算法的一个重要分支,基于专家的控制经验确定控制规则,不依赖精确的模型,算法灵活,特别适用于控制非线性、大滞后、时变系统。但模糊控制算法却也有控制精度不高的缺点。因此,本文采用模糊PID控制算法,它既保持模糊控制算法的控制灵活快速,不依赖精确模型的优点,又继承了传统PID控制算法控制精度高的优势,二者互补,实现了系统智能控制,达到了良好的控制效果。本文根据实验室电液伺服控制系统实际参数确定了系统的传递函数。阐述了模糊PID控制算法理论,并且设计出电液伺服系统模糊PID控制器。在液压仿真软件AMESim平台上建立电液伺服控制系统物理模型,在控制仿真软件Matlab/Simulink平台上分别建立系统模糊PID控制器和PID控制器模型,利用联合仿真接口技术,实现电液伺服控制系统联合仿真。进行了电液伺服控制系统无扰动和加扰动联合仿真,对比模糊PID控制器和PID控制器联合仿真结果,表明:电液伺服模糊PID控制系统较PID控制系统有响应速度快、上升时间短、无滞后、超调小、抗扰动性强的特点。而且模糊PID控制算法继承了PID控制算法系统响应静差小的优点,克服了模糊控制器控制粗糙和精度不高的不足。模糊PID控制器控制效果好,满足系统控制性能需要。最后在离线仿真研究的基础上,建立了基于dSPACE半实物仿真软件的电液伺服系统控制实时仿真系统,通过系统参数在线调整,改善了系统性能。试验结果表明:dSPACE试验平台能快速开发和研究电液伺服控制系统,缩短了开发周期,试验效果令人满意。实时仿真试验结果与仿真结果基本一致,验证了模糊PID控制器对电液伺服系统良好的控制性能。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-21
  1.1 课题研究的目的与意义  11-12
  1.2 智能控制简介  12-15
    1.2.1 智能控制发展与特点  12-13
    1.2.2 模糊 PID 控制概述  13-15
  1.3 电液伺服控制系统概述  15-19
    1.3.1 电液伺服系统控制结构  15-16
    1.3.2 电液伺服系统控制特点和研究发展历史  16-18
    1.3.3 液压仿真技术简介  18-19
  1.4 论文主要工作及结构安排  19-21
第二章电液伺服系统的建模分析  21-31
  2.1 电液伺服系统基础理论  21-25
    2.1.1 电液伺服阀基本方程  21-22
    2.1.2 液压缸基本方程  22-23
    2.1.3 其他环节数学模型  23
    2.1.4 电液伺服位置控制系统传递函数  23-25
  2.2 试验系统数学模型  25-30
    2.2.1 伺服阀传递函数建立  25-27
    2.2.2 液压缸传递函数建立  27-28
    2.2.3 电液伺服位置控制系统传递函数建立  28-29
    2.2.4 控制系统稳定性分析  29-30
  2.3 本章小结  30-31
第三章基于模糊 PID 理论的电液伺服控制器的设计  31-51
  3.1 PID 控制算法理论简介  31-33
  3.2 模糊控制算法  33-41
    3.2.1 模糊控制原理  34-35
    3.2.2 模糊控制器的结构  35-37
    3.2.3 模糊控制器设计步骤  37-41
  3.3 模糊PID 控制器  41-49
    3.3.1 模糊PID 控制器基本原理  41-42
    3.3.2 电液伺服系统模糊PID 控制器设计  42-49
  3.4 本章小结  49-51
第四章基于AMESim/simulink 的电液伺服系统仿真研究  51-63
  4.1 联合仿真平台概述  51-53
  4.2 电液伺服控制系统联合仿真  53-57
    4.2.1 AMESim/Simulink 联合仿真设置  53-54
    4.2.2 电液伺服系统联合仿真模型建立  54-57
  4.3 电液伺服控制系统联合仿真结果对比分析  57-62
    4.3.1 PID 控制器参数整定  57-58
    4.3.2 系统无扰动仿真结果对比分析  58-60
    4.3.3 系统加扰动仿真结果对比分析  60-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章基于dSPACE 试验平台的电液伺服控制系统试验研究  63-79
  5.1 电液伺服控制系统dSPACE 试验平台建立  63-72
    5.1.1 dSPACE 软件简介  63-64
    5.1.2 试验系统介绍  64-71
    5.1.3 S-Function 的设计  71-72
  5.2 系统基于dSPACE 实时仿真系统的无扰动控制结果分析  72-75
  5.3 系统基于实时仿dSPACE 真系统的加扰动控制结果分析  75-76
  5.4 本章小结  76-79
第六章总结与展望  79-81
  6.1 全文总结  79
  6.2 未来工作展望  79-81
参考文献  81-85
致谢  85-86
攻读硕士学位期间所发表的论文  86

电液伺服系统模糊PID控制仿真与试验研究

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