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气压力控制系统特性及策略研究

作　者: 王媛媛
导　师: 李军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 气压力控制系统数学模型加速度反馈参数自整定非线性因素
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 22次
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内容摘要

气压力控制系统在工程实际中应用很多,如材料试验机、结构物疲劳试验机等。在实际应用中,使用气压力控制系统的一般是不了解系统特性的非专业人员,当负载或系统参数发生变化时,需要对控制参数重新调试,费时费力,限制了气压力控制系统应用的推广。本文通过对气压力伺服系统特性以及控制策略的研究,提出了针对不同负载和元件参数通用的控制器,能通过基本参数完成控制参数的自整定。本文利用一些基本的定理定律,抽象出了系统的数学模型,并在此基础上进行了线性化,建立了气压力控制系统的传递函数模型。在传递函数的基础上,从频域角度分析了气压力控制系统的特性,并通过分析输入信号的频谱,指出了对不同的输入信号,应采取不同的控制算法。设计了气压力控制系统的控制器,对斜坡信号和正弦信号采用比例控制,对阶跃信号采用加速度反馈校正和比例控制相结合,并指出双惯性环节校正在气压力控制系统中是不可行的。从频域的角度确定了控制参数的计算方法,并根据活塞位置对控制器参数进行了模糊调整,完成了控制器参数的自整定。利用Simulink仿真软件,建立了气压力控制系统的非线性模型,在其中输入系统的基本参数,通过仿真确认,整定出的控制参数控制效果较好。分析了非线性因素对系统的影响,指出基于线性化传递函数设计出的控制器及整定的控制参数能实现对非线性的气压力控制系统的控制。搭建了气压力控制系统的实验平台,该系统采用C语言的软件平台进行信号采集与输出控制。完成了对负载刚度的辨识,在系统基本参数已知的情况下,给系统不同的输入信号,实验结果表明,输出信号控制效果较好,验证了控制器的有效性和实用性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-9
  1.2 国内外在该方向的研究现状及分析  9-12
    1.2.1 气动技术的发展  9-10
    1.2.2 气动伺服控制策略研究概况  10-12
  1.3 本文的主要研究内容  12-14
第2章气压力控制系统建模及线性化  14-22
  2.1 气压力控制系统的数学模型  14-17
    2.1.1 比例阀的流量方程  15-16
    2.1.2 压力微分方程  16
    2.1.3 力平衡方程  16-17
  2.2 气压力控制系统的线性化  17-21
  2.3 本章小结  21-22
第3章气压力控制系统的控制方法及控制参数整定  22-49
  3.1 气压力控制系统模型整体分析  22-25
  3.2 跟踪阶跃信号的控制方法及控制参数整定  25-38
    3.2.1 双惯性环节校正  25-26
    3.2.2 加速度反馈校正  26-30
    3.2.3 控制参数自整定  30-37
    3.2.4 控制参数敏感度分析  37-38
  3.3 跟踪正弦信号的控制方法及控制参数整定  38-43
    3.3.1 比例控制  38-39
    3.3.2 比例系数自整定  39-43
    3.3.3 比例系数敏感度分析  43
  3.4 跟踪斜坡信号的控制方法及控制参数整定  43-45
  3.5 各参数对系统特性的影响  45-48
  3.6 本章小结  48-49
第4章非线性因素对气压力控制系统的影响  49-55
  4.1 气动比例阀的死区效应  49-50
  4.2 阀的流量非线性  50-51
  4.3 气缸摩擦力  51-54
  4.4 气体可压缩性的影响  54
  4.5 本章小结  54-55
第5章气压力控制系统的实验研究  55-62
  5.1 实验系统组成  55-57
    5.1.1 实验系统硬件构成  55-56
    5.1.2 实验系统软件平台  56-57
  5.2 实验过程及数据处理  57-61
    5.2.1 负载刚度辨识  57-58
    5.2.2 正弦信号跟踪实验  58-60
    5.2.3 斜坡信号跟踪实验  60-61
  5.3 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-68
致谢  68

气压力控制系统特性及策略研究

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