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液压技术在工程机械及航空航天等领域中应用非常广泛,而在一些负载比较大的场合或因布局需要两个执行元件共同驱动一个工作部件,液压同步技术因此得到发展。随着现代科学技术和加工制造技术的快速进步,越来越多的加工机械及冶金设备等对液压同步技术的高精度要求越来越迫切。影响同步系统精度的主要因素有系统流量控制元件和控制策略的应用。目前流量控制元件主要有电液比例阀、电液伺服阀和数字流量阀,其中数字阀是新的发展趋势,它能够与计算机技术、现代控制理论相结合形成数字控制系统,对液压系统进行闭环控制,以提高同步系统控制精度。
本文首先根据要求对双液压同步系统进行总体设计,提出采用新型数字阀作为系统控制元件实行闭环控制的设计方案,接着按照总体设计的要求设计双液压同步系统回路,并详细介绍了新型数字阀的设计及其工作原理。由于系统采用闭环控制,因此对执行机构的位置检测是必不可少的。但由于本系统使用环境非常恶劣,采用外置传感器检测容易失效而导致检测故障,造成系统不能同步。为此本文对液压缸进行了改进设计,将液压缸的位置检测装置设计成安装在缸内部的结构,使其不受外界使用环境的影响。在系统的控制器选型上,本文选择了在机电控制中应用较多的单片机作为系统控制器。
同步控制策略的应用同样制约着系统的同步精度,本文对比各种控制策略对系统同步精度的影响,选择了“同等方式”的控制策略。并在此基础上建立系统的近似数学模型,画出了同步系统传递函数方框图。由于液压同步系统具有强耦合及非线性的特点,因此将数字PID控制算法引入系统。通常对PID控制算法中参数的整定都是在某一特定条件下完成的,因此不能有效克服模型参数等其他因素的变化对系统的影响。然而采用先进控制策略和PID控制算法相结合能解决以上问题,因此本文提出采用模糊控制算法对PID参数进行在线整定,设计适应该系统的模糊控制器,并介绍了模糊PID控制算法程序实现的过程。
最后,利用MATLAB/SIMULINK仿真软件对双液压同步系统进行性能仿真,分析了系统的稳定性和同步性。结果表明所设计的控制系统具有良好的稳定性和同步性,能够实现高精度同步驱动。