發(fā)布時(shí)間：2020-09-29 12:53

　　 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和加工制造技術(shù)的發(fā)展過程中，金屬加工設(shè)備、工程機(jī)械、冶金機(jī)械等對(duì)高精度的液壓位置控制技術(shù)的需求越來越迫切。位置控制系統(tǒng)的基本要求是系統(tǒng)能快速平穩(wěn)而準(zhǔn)確地到達(dá)給定位移，即要求定位精度高，時(shí)間短，超調(diào)小，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。如何實(shí)現(xiàn)上述控制要求是本文需要解決的課題。本論文的研究工作是圍繞機(jī)電所FESTO TP701液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的控制系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)行的，以實(shí)現(xiàn)由比例閥控制的液壓缸活塞桿進(jìn)給位置的精確定位為目的，研究比較不同控制策略對(duì)系統(tǒng)控制特性的差別。在研究過程中，所做工作包括理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩方面。 研究主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行： 1．根據(jù)研究的需要設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)方案，分析了液壓系統(tǒng)中所用比例閥和液壓缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)，隨后對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行了分析，建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型進(jìn)行了簡化，得出系統(tǒng)傳遞函數(shù)。 2．對(duì)系統(tǒng)模型參數(shù)進(jìn)行了確定，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)數(shù)學(xué)模型的仿真，對(duì)系統(tǒng)基本控制特性進(jìn)行了分析。通過分析PID控制器的三個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的影響以及模糊控制理論，設(shè)計(jì)了基于本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的模糊自整定PID控制器。以MATLAB為平臺(tái)，為復(fù)雜的模糊PID算法控制仿真提供了直觀準(zhǔn)確的仿真手段。通過對(duì)比模糊PID控制與PID控制的控制曲線，得出了模糊PID控制的優(yōu)點(diǎn)。 3．對(duì)基于電液比例位置控制系統(tǒng)的最優(yōu)狀態(tài)反饋控制策略進(jìn)行了研究，結(jié)合Kalman濾波的方法求取參數(shù)，設(shè)計(jì)了降維加速度狀態(tài)觀測器。進(jìn)一步應(yīng)用線性二次型最優(yōu)控制原理計(jì)算了控制參數(shù)，并仿真得出系統(tǒng)最優(yōu)控制仿真曲線。通過與所設(shè)計(jì)的模糊PID控制器的比較，得出了適用于本系統(tǒng)控制器的結(jié)論。 4．建立了基于FESTO TP701的液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及軟件控制界面，包括電液控制部分，微機(jī)控制部分的硬件和軟件設(shè)計(jì)，用VB語言編寫數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制程序，建立人機(jī)控制界面。對(duì)試驗(yàn)用位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行測試，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)電液比例位置控制的數(shù)字控制，分析實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果數(shù)據(jù)，同仿真結(jié)果進(jìn)行比較和驗(yàn)證，并進(jìn)一步加入干擾，改變系統(tǒng)初始條件，比較不同控制方法對(duì)系統(tǒng)的影響，得出論文的最終結(jié)論。
【學(xué)位單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2006
【中圖分類】：TH137
【部分圖文】：

電液比例控制技術(shù)作為連接現(xiàn)代微電子技術(shù)和大功率工程控制設(shè)備之間的橋梁，已經(jīng)成為現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)構(gòu)成之一，在近幾十年中得到了迅速發(fā)展川。本課題源于對(duì)我校機(jī)電所 FEsToTP7ol比例液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)(如圖1一1、1一2所示)進(jìn)行電液比例位置控制系統(tǒng)的開發(fā)l2]，并基于此實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)位置控制算法進(jìn)行研究，對(duì)我校電液比例位置控制的教學(xué)和試驗(yàn)可以起到積極的推動(dòng)作用。圖1一 1FESTOTP7OI比例液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)元件實(shí)物圖隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，電液比例技術(shù)己廣泛應(yīng)用于精度要求較高的機(jī)械加工、冶金等行業(yè)[31。電液比例閥的位置控制是電液控制領(lǐng)域研究的熱門課題之一。位置控制系統(tǒng)的基本要求是系統(tǒng)能快速平穩(wěn)而準(zhǔn)確地到達(dá)給定位移，即要求定位精度高，時(shí)間短，超調(diào)小，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。傳統(tǒng)的控制技術(shù)雖也能滿足上述數(shù)要求，但系統(tǒng)往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。而采用微機(jī)與數(shù)字控制策略相結(jié)合，不僅使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，而且在定位精度、動(dòng)態(tài)品質(zhì)與抗擾動(dòng)等方面都具有良好的控制效果141。此外

鍛介金實(shí)驗(yàn)長p二6MPa圖1一 2FESTOTP7叭比例液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)架示意圖2課題相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與研究現(xiàn)狀在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和加工制造技術(shù)的發(fā)展過程中，越來越多的金屬加工設(shè)備、工程機(jī)械、冶金機(jī)械等對(duì)高精度的液壓位置控制技術(shù)的需求也越來越迫切。液壓控制與電子控制相結(jié)合以其可靠、廉價(jià)等優(yōu)越的特性，成為機(jī)械控制強(qiáng)有力的競爭對(duì)手l5]。電液比例控制研究方法涉及到經(jīng)典控制、現(xiàn)代控制和智能控制等多種控制理論，具體的優(yōu)良的控制系統(tǒng)可能是幾種控制理論或方法的綜合運(yùn)用。1.2.1電液比例控制技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀在液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)的發(fā)展過程中，電液伺服控制和電液比例控制是相繼出現(xiàn)的兩大重要進(jìn)展。電液伺服技術(shù)首先用于航空，繼而應(yīng)用于一些重要工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)控制，迄今已臻成熟。由于傳統(tǒng)的電液伺服閥對(duì)流體介質(zhì)的清潔度要求十分苛刻，制造成本和維護(hù)費(fèi)用高昂，系統(tǒng)能耗也較大，難以為各工業(yè)用戶所接受

1.乒尋氣里、技尹丫，圖1一3電液比例溢流閥結(jié)構(gòu)原理圖1.密封錐2.錐形座3.螺塞4.密封圈5.閥體6.密封圈7.塞子8.螺線管殼9.接地管腳10.螺線管電接頭n.軟鐵芯電樞12.壓力腔13.電樞軸承14.螺線卷巧.推桿軸承16.推桿17.補(bǔ)償輸油管18.閥芯套19.錐形導(dǎo)筒電液比例技術(shù)是一門綜合性技術(shù)，既實(shí)現(xiàn)了液壓動(dòng)力傳動(dòng)，又具有電子控制的靈活性，填補(bǔ)了傳統(tǒng)開關(guān)式液壓傳動(dòng)技術(shù)與電液伺服技術(shù)之間的空缺。經(jīng)過三十幾年的發(fā)展，比例元件的設(shè)計(jì)原理進(jìn)一步完善，采用了壓力、流量、位移內(nèi)反饋和動(dòng)壓反饋及電校正等手段，使閥的穩(wěn)態(tài)精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性都有了進(jìn)一步的提高。除了因制造成本所限，比例閥中位仍保留死區(qū)以外，它的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性均已和工業(yè)伺服法無異。另一項(xiàng)重大進(jìn)展是，比例技術(shù)開始和插裝閥相結(jié)合，已開發(fā)出各種不同功能和規(guī)格的二通、三通型比例插裝閥，形成了電液比例插裝閥技術(shù)。同時(shí)

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