智能PID控制在电液位置伺服系统中的应用研究

摘要

电液位置伺服控制系统是机电一体化设备中最为常见的自动控制装置。本文将电子系统和液压系统以及智能控制的最新成果相结合，形成智能化的电液位置伺服控制系统。这是当今液压控制系统重要的研究方向之一，具有重要的实用价值。　　本文分析了国内外电液伺服控制系统在智能控制领域的研究现状，结合当前工程实践中PID控制占90％以上的特点，提出将PID控制与各种智能控制策略相结合的思路，并进行实验研究。　 本文设计制造了可用于电液位置伺服控制系统研究的多功能电液伺服实验台。此实验台使用研华PCL-812PG数据采集卡，利用微机控制，采用VC++6.0编写计算机测控程序。本文在对电液位置伺服系统的特性深入研究的基础上，着重研究了常规数字PID控制、改进型数字PID控制、比例—模糊PID控制、单神经元自适应PID控制这四类控制策略。在实验中，根据实验结果调整实验参数、改进实验方法。对控制策略的研究结果表明，相比于常规PID控制策略，改进型PID控制在一定程度上实现了根据实验结果实时调整PID参数，改善控制效果。采用模糊PID控制策略时，针对模糊PID控制响应速度慢的情况，本文提出了比例—模糊PID控制策略，进行探索性的研究。结果表明，这种控制策略能够在保证模糊控制在线自动调整参数优势的基础上，提高了系统的响应速度。对于单神经元自适应PID控制的研究表明，这种控制策略具有很强的在线自学习能力，能够不断的在线校正网络权值，从而使系统的控制性能达到最佳，验证了单神经元控制策略在电液位置伺服系统中的可行性。 本文设计的实验台一方面可以用来进行电液位置伺服控制策略方面的探索性研究。该测控系统也可以移植到实际的生产实践中，进行检测、控制方面的工作。同时，本文对控制策略方面的研究得出的结论、经验对生产实践也具有较强的指导作用。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2电液何服控制系统综述

1.2.1电液伺服控制系统的基本原理

1.2.2电液伺服控制系统的研究现状以及面临的问题

1.3电液伺服控制系统的智能控制策略

1.3.1 PID控制

1.3.2模糊控制(FC)

1.3.3神经网络控制(NNC)

1.4本文的主要研究内容

第二章实验台设计以及计算机测试系统的建立

2.1电液位置伺服控制系统实验台组成及分析

2.1.1实验台总体结构

2.1.2实验台的工作流程分析

2.1.3液压系统

2.1.4数据采集系统

2.1.5电气系统

2.2计算机测控系统

2.2.1测控系统的总体结构设计

2.2.2测控系统主要的功能

2.3软件开发

2.3.1数据采集卡在VC++6.0中的应用

2.3.2位移信号的采集以及数字滤波的实现

2.3.3伺服阀控制信号的产生

2.3.4模拟示波器的曲线动态显示技术

2.3.5关于编写实时控制软件的探讨

2.4本章小结

第三章改进型数字PI D控制器的设计及其实验研究

3.1引言

3.2 PID控制的基本原理

3.2.1模拟PID控制的基本原理

3.2.2数字PID控制的基本原理

3.3数字PID控制器参数意义的分析

3.4常规PID控制器的设计

3.4.1 PID参数的整定

3.4.2采样周期的选取

3.5改进型PID控制器

3.5.1常规PID控制器的局限性

3.5.2改进型PID控制器的软件设计

3.6常规PID控制器以及改进型PID控制器的实验研究

3.6.1实验条件

3.6.2实验结果

3.6.3实验结果分析

3.7本章小结

第四章模糊自整定PI D控制器的设计及其实验研究

4.1模糊控制的基本原理

4.2模糊控制系统分析

4.3参数模糊自整定PID控制原理

4.4参数模糊自整定PID控制器的设计

4.4.1确定系统的输入输出变量

4.4.2语言变量隶属函数表的制定

4.4.3控制规则的设计

4.4.4模糊查询表的制定

4.5比例-模糊PID控制器的使用以及软件程序的设计

4.6阶跃信号响应实验

4.7正弦信号跟踪实验

4.8实验结果分析

4.9本章小结

第五章单神经元自适应PI D控制器的设计及实验研究

5.1神经网络控制的基本原理

5.1.1神经网络控制的基本思想

5.1.2神经网络在控制中的主要作用

5.1.3神经网络控制的特点及应用

5.2基于单神经元的电液位置伺服控制系统

5.2.1单神经元模型

5.2.2神经网络的拓扑结构-神经元的连接形式

5.2.3神经网络的学习规则

5.2.4单神经元自适应PID控制器及其学习算法

5.3实验研究结果分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢

附录 单神经元自适应PID控制算法VC程序