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《中南大学》 2012年
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重载锻造操作机夹钳旋转系统的模糊控制研究

李许岗  
【摘要】:作为制造大型锻件关键装备之一的重载锻造操作机,其夹钳旋转角位移控制精度,直接影响锻件的锻造精度和质量。为了获得足够大的扭矩,重载锻造操作机一般采用双液压马达驱动方式。由于双阀控液压马达通道的液压动力元件特性不一致,在刚性负载的连接下,导致两马达输出扭矩不一致,出现“偏载”现象。另外,由于液压系统存在死区、饱和、扰动等强非线性,且具有时变特性,夹钳旋转系统难以建立精确的数学模型。从而基于线性模型的PID控制器不能满足精确控制要求。由于模糊控制器不依赖精确的数学模型,且具有良好的稳定性,能够解决双液压马达驱动夹钳机构旋转时,存在的夹钳角位移控制精度不高和双液压马达“偏载”问题。因此本文以锻造操作机实验样机的夹钳旋转系统为研究对象,研究了模糊控制在保证夹钳角位移控制精度和双液压马达负载均衡控制中的应用。主要研究工作包括以下几个方面: (1)分析液压系统驱动夹钳旋转的结构和原理,建立了双通道的阀控液压马达系统的数学模型,介绍了夹钳旋转系统中的主要非线性因素死区和饱和,产生的原因、特点和影响。 (2)针对操作机夹钳角位移定位精度不高和双液压马达负载均衡问题,提出一种模糊控制策略。基于模糊控制器,设计了控制角位移精度的模糊自适应控制器和控制双液压马达负载均衡的模糊控制器。 (3)利用Lyapunov稳定性理论证明了夹钳旋转闭环控制系统是稳定的,通过仿真表明本文提出的模糊控制策略能够满足角位移精度控制和双马达的负载均衡控制。 (4)针对实验台,构建了模糊控制系统,设计了“夹钳角位移控制”和“模糊控制策略”的实验方案,通过实验结果表明采用模糊自适应控制器能够保证夹钳角位移精度,且比PD控制器控制时,超调量小、稳态误差小;同时,采用模糊PD控制器的负载均衡控制策略,实现双液压马达的负载均衡控制,能够减小两液压马达轴的输出扭矩差,有效地抑制偏载现象。因此,本文提出的模糊控制策略是有效的。该控制策略有助于提高锻件的锻造质量和锻造操作机的整机性能。
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