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基于换向阀的泵控电液位置伺服系统模糊滑模控制技术研究

朱洢萱  
【摘要】:目前在液压控制领域,按照控制元件的不同存在两种控制方式,分别是由伺服流量阀控制的阀控系统和伺服电机驱动液压泵的泵控系统。但这两种系统存在不可避免的缺陷,例如,阀控系统对油污很敏感、效率较低、回路中多余油液的流失导致系统自身的热量升高,并且难以消散;泵控系统的响应时间较长,控制精度较低。为了解决这些问题,本文采用PLC为控制系统,对液压缸进行定位控制设计,利用电磁换向阀与单向定量泵进行协控,通过伺服电机驱动单向定量泵,利用电磁换向阀对液压缸进行换向。本文针对电液伺服系统难以精准建模的问题,运用分块建模的思路将系统分为四个模块,并采用解析法分别对各个模块建立传递函数模型,对其中非线性环节进行了适当的假设和简化。随后将各个模块集总起来,建立了系统的数学模型,为了后面计算方便将系统模型进行了离散化,并对离散后的系统进行仿真分析。系统具体阐述了PID控制理论,并且在MATLAB软件上编写PID算法仿真程序,同时将系统在不同PID参数下的阶跃响应、正弦响应以及方波响应进行了仿真分析。通过仿真分析,获得了以下结论:PID参数的不同,其对系统响应特性的影响程度不同,并且系统在普通PID控制下,在确保响应快速性的同时会导致系统产生过大的超调量,而在保证较小的稳态误差以及稳定性时却会导致系统响应速度大幅下降。由于电液伺服系统自身存在很多固有问题,例如存在不确定滞后性、时变性以及非线性等这些问题会导致系统控制效果差。为了解决系统自身存在的问题,提出了模糊滑模控制器对系统进行研究,根据系统控制要求,在MATLAB/Simulink中编写了滑模控制以及模糊滑模控制程序,并对系统的动态响应特性进行了仿真分析,从分析结果中可以得出,模糊滑模控制提高了系统的动态响应特性。本文基于CQYZ-D实验控制平台完成了系统液压回路的搭建,在Lab VIEW软件上开发了基于换向阀的泵控电液伺服位置系统的PID控制器、模糊滑模控制器。进行了电液位置伺服系统的普通PID控制、滑模控制和模糊滑模控制实验研究。同时将系统在不同控制方法下的阶跃响应、正弦响应和方波响应实验结果进行了分析,获得了以下结论:系统在采用PID进行控制时稳态误差较大、调节时间较长、响应速度慢且滞后现象较明显,滑模控制下,系统出现明显的抖振和超调现象,与普通PID和滑模控制相比,模糊滑模控制下消除了系统的抖动现象,稳定后几乎没有振荡,正弦跟踪过程中几乎没有滞后现象。


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