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FESTO TP701液压实验台电液位置控制系统研究

赵瞻  
【摘要】: 在现代科学技术和加工制造技术的发展过程中,金属加工设备、工程机械、冶金机械等对高精度的液压位置控制技术的需求越来越迫切。位置控制系统的基本要求是系统能快速平稳而准确地到达给定位移,即要求定位精度高,时间短,超调小,可靠性高,抗干扰能力强。如何实现上述控制要求是本文需要解决的课题。本论文的研究工作是围绕机电所FESTO TP701液压实验台架的控制系统开发进行的,以实现由比例阀控制的液压缸活塞杆进给位置的精确定位为目的,研究比较不同控制策略对系统控制特性的差别。在研究过程中,所做工作包括理论研究和实验验证两方面。 研究主要从以下几个方面进行: 1.根据研究的需要设计液压系统和控制系统方案,分析了液压系统中所用比例阀和液压缸的结构特点和技术参数,随后对系统模型进行了分析,建立了系统的数学模型,并对模型进行了简化,得出系统传递函数。 2.对系统模型参数进行了确定,通过对实验台数学模型的仿真,对系统基本控制特性进行了分析。通过分析PID控制器的三个参数对系统静态和动态性能的影响以及模糊控制理论,设计了基于本实验台的模糊自整定PID控制器。以MATLAB为平台,为复杂的模糊PID算法控制仿真提供了直观准确的仿真手段。通过对比模糊PID控制与PID控制的控制曲线,得出了模糊PID控制的优点。 3.对基于电液比例位置控制系统的最优状态反馈控制策略进行了研究,结合Kalman滤波的方法求取参数,设计了降维加速度状态观测器。进一步应用线性二次型最优控制原理计算了控制参数,并仿真得出系统最优控制仿真曲线。通过与所设计的模糊PID控制器的比较,得出了适用于本系统控制器的结论。 4.建立了基于FESTO TP701的液压系统实验平台及软件控制界面,包括电液控制部分,微机控制部分的硬件和软件设计,用VB语言编写数据采集和实时控制程序,建立人机控制界面。对试验用位移传感器进行标定,对主要实验设备进行测试,在实验系统上实现电液比例位置控制的数字控制,分析实验得到的结果数据,同仿真结果进行比较和验证,并进一步加入干扰,改变系统初始条件,比较不同控制方法对系统的影响,得出论文的最终结论。


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