电流伺服系统变论域模糊PID控制策略研究与应用

摘要

电液伺服系统凭借控制精度高、响应速度快、执行刚度大等独特优势，在军事、民用等各个领域获得了极为广泛的应用。但是，电液伺服系统具有模型难以精确建立、负载时变、系统非线性等特征，使得常规的PID控制方法难以取得令人满意的控制效果。研究适用于电液伺服系统的新型智能控制算法具有很高的理论研究和工程应用价值。
　　为了改善电液伺服系统的动静态性能，本文研究改进模糊PID控制策略，并将其应用于工程实际。首先研究了PID与模糊控制的基本原理及各自的局限性，分析了传统模糊PID控制中存在的不足。针对电液伺服系统的特点，在PD型变论域模糊控制的基础上，通过并联加入一个由模糊推理调节的智能积分控制器，提出了一种改进型的变论域模糊PID控制策略。文中对所提出的策略进行了详细的设计，并通过三种典型系统的模型进行了可行性仿真验证。最后，将变论域模糊PID控制策略应用到锚链拉力试验机的电液伺服系统中，结合不同工况下系统参数的时变特性，进行了控制系统的模拟仿真实验和样机实时控制实验。
　　实验结果表明，本文提出的变论域模糊PID控制策略不依赖被控对象的精确数学模型，且具备理想的控制精度和良好的鲁棒性能。相比于普通的PID控制方法，它对于非线性时变的电液伺服系统具备更为优秀的控制品质，具有较高的工程应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 电液伺服系统中控制理论的应用与研究现状

1．2．1 PID控制

1．2．2 自适应控制

1．2．3 模糊控制

1．2．4 神经网络与遗传算法

1．3 本文主要研究内容

2 模糊PID控制理论研究

2．1 PID控制基本理论

2．1．1 模拟PID控制

2．1．2 数字PID控制

2．1．3 PID参数的整定

2．1．4 PID控制的局限性

2．2 模糊控制基本理论

2．2．1 模糊集合与模糊关系

2．2．2 模糊规则与模糊推理

2．2．3 模糊控制系统

2．2．4 模糊控制器

2．3 模糊控制器的本质

2．3．1 模糊控制的插值机理

2．3．2 模糊控制与PID控制的关系

2．3．3 模糊控制的局限性

2．4 模糊控制与PID的结合

2．5 本章小结

3 变论域模糊PID控制策略研究

3．1 变论域模糊控制

3．1．1 变论域模糊控制的原理

3．1．2 变论域模糊控制的不足

3．2 变论域模糊PID控制策略的设计原理

3．2．1 控制策略的基本思想

3．2．2 控制策略的设计原理

3．3 控制策略的设计与实现

3．3．1 模糊控制器结构设计

3．3．2 精确量的模糊化

3．3．3 模糊控制规则设计

3．3．4 模糊推理及清晰化

3．3．5 论域伸缩因子设计

3．3．6 论域伸缩的实现

3．4 仿真实验及结果分析

3．5 本章小结

4 VFPID策略在锚链拉力试验控制系统中的应用

4．1 锚链拉力试验控制系统简介

4．1．1 锚链拉力试验机的组成

4．1．2 锚链拉力试验机的工况分析

4．2 拉力试验机电液伺服系统的模型研究

4．2．1 阀控缸数学模型

4．2．2 惯性负载位移控制

4．2．3 弹性负载位移控制

4．2．4 弹性负载力控制

4．3 位移控制仿真研究

4．3．1 负载50KN时位移控制仿真

4．3．2 负载变化时位移控制仿真

4．3．3 固有频率变化对位移控制的影响仿真

4．3．4 阻尼比变化对位移控制的影响仿真

4．4 力控制仿真研究

4．4．1 准确模型下的力控制仿真

4．4．2 固有频率变化对力控制的影响仿真

4．4．3 阻尼比变化对力控制的影响仿真

4．5 本章小结

5 电液伺服系统的样机实验

5．1 样机平台设计

5．1．1 样机总体分析

5．1．2 硬件的选型

5．2 伺服控制器设计

5．2．1 单片机的选型

5．2．2 传感器信号调理电路

5．2．3 电压双极性电路

5．2．4 电压—电流转换电路

5．3 样机的仿真控制实验

5．3．1 位移仿真控制

5．3．2 力仿真控制

5．4 样机的实时控制实验

5．4．1 位移实时控制

5．4．2 力实时控制

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢