【摘 要】
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中密度纤维板(Medium Density Fiberboard,MDF)材质精良且具备良好的加工性能,同时具有较低的生产成本,因而在板材市场中拥有较高的占有率。在MDF生产过程中,板坯厚度是影响产品最终质量的关键要素。因此,实现连续热压电液伺服系统对位置信号稳定准确且快速的跟踪,从而确保MDF的成品质量,成为MDF制造业中的关键课题。然而,MDF连续热压电液伺服系统在工作过程中始终受到其固有物理
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中密度纤维板(Medium Density Fiberboard,MDF)材质精良且具备良好的加工性能,同时具有较低的生产成本,因而在板材市场中拥有较高的占有率。在MDF生产过程中,板坯厚度是影响产品最终质量的关键要素。因此,实现连续热压电液伺服系统对位置信号稳定准确且快速的跟踪,从而确保MDF的成品质量,成为MDF制造业中的关键课题。然而,MDF连续热压电液伺服系统在工作过程中始终受到其固有物理特性及外负载力干扰的影响,使得该系统的稳态性能和动态性能在常规控制器的作用下难以得到保证。此外,该系统的执行机构普遍存在输入饱和现象,这个问题也给控制器的设计过程带来了诸多不便。自抗扰控制能够较好地解决上述问题,不同于其他控制方法,其设计过程摆脱了对于被控系统精确模型参数的依赖,模型中的所有干扰和不确定项等均被视作总扰动来进行反馈补偿,此方法受到国内外学者和工程界的广泛关注。鉴于此,本文选取自抗扰控制为主要控制策略,引入滑模控制和分数阶控制等算法,深入探索连续热压电液伺服系统位置跟踪问题的控制方案,以期改善系统的控制性能。本文主要内容如下:(1)针对MDF连续热压电液伺服系统存在的未知外负载力不确定性扰动问题,设计一种线性自抗扰控制方案。首先,通过线性跟踪微分器对系统的输入信号进行过渡处理,减轻噪声对微分信号的污染效应;其次,将控制系统中的未知外负载力不确定性扰动视为总扰动,采用线性扩张状态观测器实时观测总扰动并返回给控制器;再次,将传统的误差反馈控制律进行线性化整合,平衡系统响应速度与超调量,保证了控制系统的稳态性能;最后,通过仿真实验来验证所提方法的有效性。(2)针对MDF连续热压电液伺服系统在实际生产中时常出现的输入饱和现象,设计线性自抗扰抗饱和控制方案。首先,应用双曲正切函数对系统表达式进行线性化处理;其次,采用直接法和补偿法两种方案对系统线性化后产生的逼近误差进行反馈,同时采用布谷鸟搜索算法对控制器参数进行优化,进一步提升系统控制性能;最后,通过仿真实验来验证所提方法的有效性。(3)针对MDF连续热压电液伺服系统的动态性能,同时为了进一步提升系统的鲁棒性,避免初始误差较大带来的系统控制失稳现象,考虑未知参数摄动和外力不确定性干扰对系统的影响,提出一种基于改进分数阶积分滑模的自抗扰控制方法。首先,设计跟踪微分器对含有噪声的输入信号进行过渡处理,构造扩张状态观测器对系统存在的复合干扰进行实时观测,通过前馈通道返回控制器进行补偿;其次,运用分数阶理论与积分滑模控制思想设计滑模面和控制律,抑制系统抖振,提升系统动态性能;最后,通过仿真实验来验证所提方法的有效性。综上所述,为保障并改善MDF连续热压电液伺服系统的稳态性能和动态性能,并解决系统不同工况下的复合干扰问题,本文依据自抗扰控制理论构建对应的控制器。通过分析表明,本文所设计的控制器可使研究系统实现精确的位置跟踪,为中密度纤维板热压过程提供理论参考和技术储备。
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