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滑模变结构控制及其在电液位置伺服系统中的应用研究

胡永生  
【摘要】: 本文首先介绍了电液伺服控制系统的组成及发展历程,并且分析了电液伺服控制系统的非线性和不确定性的特点及产生的原因,而后介绍了滑动模态变结构控制的发展与研究现状。作为一种鲁棒性强的控制方法,变结构控制可通过控制器结构的不断调整和变化,有效地控制具有参数变化和外部扰动的被控制对象,这与具有不确定性(包括参数变化,外部扰动与非线性)的电液伺服系统的控制要求是一致的,因此变结构控制在电液伺服控制系统设计当中受到广泛重视。为了应用到电液伺服控制系统中,本文详细阐述了变结构控制理论的基本概念、基本问题,建立了电液伺服系统的各个组件的数学模型,进而建立了电液伺服系统的理论模型。然后从实验室测得电液伺服系统的液压缸和伺服阀及其它环节的的参数,计算后分别确定了各个组件的传递函数,最终确定了系统的传递函数方块图。 本课题的另一项工作是在建立电液伺服系统的模型后,使用滑模变结构控制的比例切换控制法设计滑模控制器,采用S函数描述滑模控制器和电液伺服系统的模型,继而在Matlab/Simulink里建立整个系统的仿真模型。当系统存在不定性时,作者分别采用阶跃信号和正弦信号作为参照信号,将滑模变结构控制和PID控制进行仿真比较。结果表明:滑模变结构控制算法优于PID算法。为了建立更加精确的液压系统的模型,提高整个控制系统的性能,本文还建立了基于ARMSim/Simulink的联合仿真平台,在该平台上进行了滑模变结构控制和PID控制的仿真比较研究。此外,还将联合仿真平台里的模型与在Matlab/Simulink里建立的模型的控制性能作了比较,结果表明:在Simulink仿真平台中,滑模变结构控制系统具有更快的响应时间、更好的动静态性能和更强的鲁棒性;在ARMSim/Simulink的联合仿真平台中,变结构控制系统的响应时间也小于PID控制系统;整体上来看ARMSim/Simulink的联合仿真平台的控制性能好于Simulink仿真平台。


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