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本课题针对传统的阀控电液伺服系统存在效率低、结构复杂、节流损失大、发热严重等弊端,结合国际上电液伺服驱动技术的最新发展趋势,采用交流伺服电机直接驱动双向定量泵的方式,构建了直驱泵控电液伺服系统。运用现代控制理论和计算机仿真技术,对直驱泵控系统的系统特性与位置伺服控制方法进行了系统的仿真分析与实验研究。
总结了泵控系统工作原理与性能特点,分析了基于双向定量泵的闭式泵控回路实现方法。针对非对称缸闭式泵控回路流量不平衡与低压腔存在的负压问题,给出了流量平衡与低压腔预紧解决措施。确定了直驱泵控电液位置伺服系统的实现方案。
分析了系统中各模块的性能特点,对其中的非线性环节运用死区、时滞和饱和等进行了简化处理,建立了各子模块的数学模型,进而获得了直驱泵控系统数学模型。通过仿真手段分别从时域和频域分析了系统的稳定性和响应特性,结果表明:系统结构参数ωh和ζh对性能影响较小,可简化为时不变系统;系统增益参数KPID对系统响应速度和稳态精度具有较大影响;系统具有较大的幅值裕度和相位裕度;正反两个方向性能特性存在明显差异。
采用PID控制方法对系统阶跃响应和曲线跟踪进行了仿真研究,获得了PID参数对响应速度、控制精度以及超调量与调整时间的影响规律。将模糊控制与PID控制相结合建立了模糊自适应PID控制算法。仿真结果表明模糊自适应PID控制可显著改善传统PID控制的响应速度、控制精度与环境适应能力。
讨论了迭代学习控制的原理、收敛性与具体实施步骤,完成了闭环迭代学习控制器的设计。研究了闭环学习策略与PID学习律对系统迭代学习收敛速度与控制精度的影响规律,获得了迭代学习参数对系统的响应速度和稳态精度的影响规律。运用模糊控制和闭环PID迭代学习控制相结合的控制策略,通过模糊控制规则在线自适应调整PID学习律的参数,仿真结果表明该学习策略可显著提高了闭环迭代学习控制的环境适应能力和控制精度。
阐述了滑模变结构控制的基本概念与基本理论,采用比例切换控制方法设计了滑模变结构控制器。引入模糊控制理论,将模糊控制和滑模变结构控制相结合,设计了模糊滑模变结构控制算法。仿真结果表明模糊滑模控制算法可以实现响应速度,控制精度和抗干扰能力三者的优化组合。
构建了阀控和泵控电液伺服控制实验台。采用PID、模糊自适应PID、闭环PID迭代学习控制和模糊闭环PID迭代学习控制算法,对阶跃响应、方波和余弦曲线跟踪特性等进行了位置伺服控制实验研究。结果表明模糊自适应PID可显著改善PID控制性能,但难以克服死区和时滞的影响;闭环迭代学习控制可有效消除系统存在的死区与时滞环节对位移跟踪性能的影响,显著提高系统控制精度;将模糊控制和PID学习律结合,提高了系统的环境适应能力。为闭式位置伺服控制提供了高精度、鲁棒性高的控制策略。