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《燕山大学》 2017年
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气动变载荷摩擦磨损试验机自抗扰控制研究

贾晓菁  
【摘要】:摩擦磨损试验机作为材料性能研究的有力工具已经在各领域得到了广泛应用。气动变载荷摩擦磨损试验机作为其中之一,采用气动加载技术以压缩空气为介质,对其输出的加载压力进行控制。然而,由于气动加载本身具有强非线性、强耦合性、不确定性等特点,使得气动变载荷摩擦磨损试验机数学模型建立不精确,影响压力输出控制精度,进而阻碍了其应用推广。本文将以气动变载荷摩擦磨损试验机压力控制作为研究核心,在分析系统机理的基础上建立数学模型,针对系统扰动设计控制精度高、结构简单的控制器完成对输出压力的实时跟踪控制,具体研究内容及成果如下:首先,介绍了气动变载荷摩擦磨损试验机的结构组成及其工作原理。考虑试验机中电气比例阀及气缸滞后性、负载扰动等非线性因素,在合理假设的基础上针对三者建立了数学模型,并进一步给出了系统模型的状态方程形式。其次,基于系统状态方程存在的耦合项、系统未建模部分和扰动项,设计了一种不依赖于精确数学模型的自抗扰控制器。该方法将不确定性项统一为总扰动通过扩张状态观测器进行估计和补偿。通过与PID控制器进行仿真对比,仿真结果证实了所设计控制器的有效性及抗扰性,提高了系统的控制品质。同时考虑到系统扰动幅值变化,结合线性自抗扰控制器和非线性自抗扰控制器的优势设计了抗扰范围宽、跟踪精度高、收敛快的线性/非线性自抗扰切换控制器,并进行了切换扩张状态观测器的收敛性分析。最后仿真结果证明其有效解决了气动变载荷摩擦磨损试验机压力跟踪控制中扰动幅值变化的问题,进一步改善了系统的控制品质。最后,基于气动变载荷摩擦磨损试验机工作原理设计了试验平台测控系统,采用VC++语言进行两种控制器数字化程序设计,分别在空载和加载状态下,完成不同加载信号的气动变载荷摩擦磨损试验机压力跟踪控制试验研究。试验结果表明,在一般条件下,自抗扰控制器已经足够满足系统的控制要求;在扰动幅值变化大、频率高的情况下,线性/非线性自抗扰控制器则具有更高的控制精度。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH87;TP273

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