电液比例阀控四缸同步的控制算法研究

摘要

液压同步控制系统广泛应用于液压起重机、矫直机、锻造液压机或大型起重机等机械设备中，服务于国民经济建设及制造业各个工程领域。四缸同步控制系统是复杂的机电液耦合系统，它不仅要求满足快准稳的系统特性，而且同步纠偏能力也是十分重要；四缸同步控制系统在满足一般电液比例系统要求的同时，还对同步精度有较高的要求。本文以电液比例阀控四缸同步控制系统为研究对象，对四缸同步系统控制原理、同步控制策略和控制算法等主要内容进行了研究。 首先，分析了四缸同步实验台的三大组成部分：液压部件、电控部件和检测部件。根据系统的设计要求，对同步系统主要的液压回路进行设计，并对系统出现同步误差的原因进行分析。其次，由于多缸同步控制系统各通道信号的耦合比电液比例阀控单缸更为复杂，针对多缸同步系统中常用的控制策略偏差耦合和相邻交叉耦合进行分析。为了更加便于工程使用需要简化控制模型，因此引入相邻交叉耦合误差概念，对相邻交叉耦合控制策略进行改进。改进后的控制策略简化了控制结构，具有严格的收敛性，更适合于工程实际系统的应用。最后，针对四缸同步控制系统的控制算法进行分析，并根据电液比例阀控缸的特点，选择使用滑模变结构控制。虽然滑模变结构控制对被控对象系统参数摄动及扰动具有不变性，但是滑模变结构控制本质是不连续开关控制，这种特性会引起抖振问题。因此提出使用滑模变结构和模糊控制结合的控制算法，采用非线性模糊滑模控制算法，削弱抖振以提高控制精度。 对电液比例阀控四缸同步控制系统，分别在AMESim建立液压系统模型，在Simulink建立控制模型，进行联合仿真。结果表明，非线性模糊滑模控制算法与传统积分模糊滑模控制算法相比，使用非线性模糊滑模控制算法系统响应速度更快，系统抖振更小，同步精度更高。对改进的相邻交叉耦合控制策略与并行控制策略进行比较，改进的相邻交叉耦合控制策略系统同步误差也会减小，调整时间缩短。验证了改进的相邻交叉耦合控制策略和非线性模糊滑模控制算法对电液四缸同步系统的控制的有效性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2多缸同步控制系统分类

1.3液压同步系统的发展趋势

(1) 新型结构的电液伺服阀控液压同步系统

(2) 新型结构的电液比例阀控液压同步系统

(3) 数字阀控制液压同步控制系统

(4) 新型结构液压泵控制液压同步系统

1.4常用控制算法及国内外研究现状

1.4.1 常用控制算法

1.4.2 国内研究现状

1.4.3 国外研究现状

1.5 本文主要研究内容

第2章 四缸同步控制系统设计

2.1四缸同步实验台主要技术要求

2.2 四缸同步系统的组成和设计

2.2.1四缸同步系统的组成

2.2.2液压系统的设计

2.3系统不同步的原因分析

(1) 各缸本身不同步影响分析

(2) 本体刚度影响

(3) 电液转换与控制元件参数特性差异

(4) 液压缸动力机构参数差异

(5)各通道间耦合作用的影响

2.4四缸同步控制策略

2.4.1同步策略研究的必要性

2.4.2多缸同步策略分析

2.4.3改进型相邻交叉耦合控制器的设计

2.5本章小结

第3章 四缸同步控制数学模型

3.1四缸同步系统动力学分析

3.2单缸数学模型

3.3主要元件参数

3.4本章小结

第4章 模糊滑模变结构

4.1滑模变结构控制器

4.1.1滑动模态

4.1.2控制策略的设计

4.2变结构控制器设计

4.2.1非线性滑模面设计

4.2.2边界层饱和趋近律

4.2.3跟踪误差控制器设计

4.2.4同步误差控制器设计

4.3模糊滑模控制

4.3.1模糊自适应调整边界层趋近律

4.3.2模糊滑模自适应指数趋近律

4.4本章小结

第5章 基于AMESim和Simulink的联合仿真分析

5.1仿真模型的搭建

5.1.1仿真平台的实现

5.1.2 AMESim和Simulink联合仿真模型的设置

5.2仿真过程及结果分析

5.2.1阶跃响应分析

5.2.2不同偏载同步控制仿真

5.2.3不同控制算法下同步性能

5.3本章小结

第6章 总结和展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

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