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多级液压缸四缸同步控制系统研究

作　者: 贾善斌
导　师: 刘志奇
学　校: 太原科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 多级液压缸 AMESim 同步控制模糊-PID控制联合仿真
分类号: TH137.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

重型工程机械中机、电、液一体化对多缸同步控制系统控制策略与仿真技术的研究非常重要。许多重型机械控制系统部件的加工精度以及外部干扰作用等因素，使得多缸同步控制系统的精确同步遇到了极大的困难。研究如何在现有的生产条件，以确保多缸的同步控制，并提高同步精度是非常有研究意义的课题。液压缸的同步控制一直是个难题，已经有很多的文献对它进行了相关的研究，并且也取得了不错的成绩，但其中大部分的文献都是关于单级缸，而多级缸比单级缸更加复杂，特别是多级缸换级时出现的液压冲击对多缸的同步升降控制影响非常大。因此，有关液压同步控制领域内的多级缸在各缸受力不同、偏载、变级时等各种工况下的同步控制研究是非常重要的。本论文的主要研究对象是液压支架试验台平台升降系统。通过对升降液压系统的分析，找出影响系统同步性能的因素，对系统的同步性能进行研究。其具体内容如下：(1)通过分析支架试验台平台调高控制系统的工作状态和运动特性，以及负载和液压缸的受力分析，提出了运用电液比例技术对系统进行控制的设计思路，并且进一步推导出了电液比例阀以及多级液压缸等主要元件的数学模型，方便了我们对系统的了解。(2)构建液压支架试验台平台升降系统的二级液压缸四缸同步升降的AMEsim模型，运用AMEsim软件对其进行仿真，并对其液压系统的性能进行分析。通过仿真分析在受力不同、偏载、变级时等各种工况下四个缸的变化情况，并根据仿真结果找出升降系统不同步的规律，从而找寻合适的方案进行优化。并验证改进方案的正确性。(3)通过对模糊控制、PID控制以及模糊-PID控制的研究，最终使用模糊-PID控制策略对系统进行有效的控制。使用Simulink软件设计控制算法，在Simulink中设计模糊-PID控制器；利用AMESim与Simulink搭建联合仿真模型，对模糊-PID控制器在所建立的仿真模型中进行研究，从而证明控制器对系统性能的调节有着很大的作用，使系统的同步性更加稳定。(4)总结全文的主要结论：二级液压缸变级时的缓冲效果得到更好的改善；液压支架试验台平台升降系统的同步精度更高；并对需要进一步深入研究的问题进行展望。通过建立二级液压缸四缸同步控制系统模型，并使用AMESim软件进行仿真，得到了加速度、速度及位移差值，还考查到各环节对同步控制的影响，这些工作将为该试验台的进一步研发提供可靠的基础数据；从系统模型的仿真结果中可以看出，该系统模型能较好地模拟支架试验台升降系统的实际运行情况；利用联合仿真的方法可以有效地研究多级液压缸同步控制系统的动态特性；液压支架试验台升降系统仿真模型的建立为实际系统的性能分析与优化设计、控制算法的仿真验证、液压与机械系统的故障诊断提供了一定的参考。

全文目录

中文摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-21
  1.1 概论  11
    1.1.1 论文来源  11
    1.1.2 论文研究意义  11
  1.2 液压同步控制系统的现状  11-16
    1.2.1 液压同步控制系统分类  12-14
    1.2.2 液压同步控制系统控制策略和方式  14-16
  1.3 电液比例技术在同步控制中的研究  16-19
    1.3.1 电液比例控制技术的发展史  16
    1.3.2 电液比倒控制系统的构成与特点  16-19
  1.4 本论文的研究内容  19-20
  1.5 技术路线  20
  1.6 本章小结  20-21
第二章电液比例同步系统的设计  21-31
  2.1 液压支架试验台功能要求  21-23
    2.1.1 试验台功能要求  21-22
    2.1.2 试验台主要技术性能参数  22-23
  2.2 同步方案的选择与设计  23-25
  2.3 平台升降系统同步系统设计  25-30
    2.3.1 试验台的结构及控制特点  25-26
    2.3.2 系统工作原理  26-27
    2.3.3 受力分析  27-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章系统的数学建模  31-43
  3.1 电液比例换向阀数学模型  31-35
    3.1.1 比例放大器的数学模型  31-32
    3.1.2 先导阀数学模型  32-33
    3.1.3 主滑阀的数学模型  33-35
  3.2 单级液压缸数学模型  35-40
    3.2.1 滑阀流量方程  35-38
    3.2.2 液压缸流量连续性方程  38-39
    3.2.3 液压缸和负载的力平衡方程  39-40
  3.3 多级液压缸数学建模  40-42
    3.3.1 多级液压缸运动分析  40
    3.3.2 节流缓冲  40-41
    3.3.3 多级液压缸换级  41-42
    3.3.4 多级液压缸同步速度的计算  42
  3.4 本章小结  42-43
第四章系统 AMESim 仿真模型的建立与分析  43-53
  4.1 液压系统常用建模方法  43-46
    4.1.1 AMESim 软件功能  44-45
    4.1.2 AMESim 软件的建模步骤  45-46
  4.2 二级液压缸 AMESim 模型的建立  46-47
  4.3 系统 AMESim 模型的建立  47-49
  4.4 系统模型的参数设定  49-50
  4.5 仿真结果分析  50-51
  4.6 本章小结  51-53
第五章系统控制算法研究以及联合仿真的实现  53-73
  5.1 PID 控制研究  53-54
    5.1.1 PID 控制的基本原理  53-54
    5.1.2 PID 控制的参数整定  54
  5.2 模糊控制研究  54-59
    5.2.1 模糊控制的基本理论  55-57
    5.2.2 模糊控制器的设计  57-59
  5.3 模糊-PID 控制算法的研究  59-62
    5.3.1 模糊-PID 控制器的结构  59-60
    5.3.2 模糊化  60-61
    5.3.3 模糊控制规则的建立  61-62
  5.4 联合仿真技术  62-63
    5.4.1 联合仿真用途特点  62
    5.4.2 联合仿真技术的实现途径  62-63
    5.4.3 联合仿真需要注意的问题  63
  5.5 升降机构同步控制系统联合仿真的实现  63-65
    5.5.1 建立联合仿真模型  63-64
    5.5.2 联合仿真模块  64-65
  5.6 联合仿真分析  65-71
    5.6.1 当各缸受力不同时，系统的仿真比较  65-67
    5.6.2 当各个缸安装有误差时，系统的仿真比较  67-68
    5.6.3 当二级缸换级时，系统的仿真比较  68-70
    5.6.4 当发生其中一个缸偏载时，系统仿真比较  70-71
  5.7 本章小结  71-73
第六章结论与展望  73-75
  6.1 结论  73
  6.2 展望  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  81-82

多级液压缸四缸同步控制系统研究

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