电液比例位置跟踪同步控制系统研究

摘要

随着中国装备制造业技术水平的进步，我国铸造行业的机械自动化装备的水平和数量有了很大发展，很多的铸造工厂都采用自动化水平很高的造型生产线，从而改变了人工铸件生产方式，很大程度的改善了生产精度和效率。但是，某些铸造工厂的铁水浇铸环节仍旧保持着原来人工浇铸的方式。在浇铸过程中，输送工段液压缸运动具有随机性，浇铸车不能同步的话就会导致浇到砂箱外部，具有很大的危险性。人工浇铸有很多的不足之处，要求浇铸人员操作技术水平成熟，同时人工浇铸存在的危险系数较大。因此，为了改善浇铸的安全性和浇铸效率，设计一套安全可靠、同步精度高、自动化水平高的液压同步系统，保证浇铸液压缸与输送工段的液压缸同步至关重要。其保障了企业的人员安全，同时为企业提高了生产效率和经济效益。
　　设计方案选择电液比例闭环位置跟踪同步控制系统，使浇铸车上液压缸跟踪输送工段的普通液压缸，达到浇铸的准确性和跟踪同步的精度。伴随着装备制造技术提高，对同步精度的要求必然会提高，对于同步控制方法的研究也越来越多。因此，研究液压同步控制技术以及提升同步控制精度和性能有着重要意义。
　　本文分析研究了浇铸车液压缸跟踪同步系统工况及性能要求，根据受力、结构、速度、运动位移等条件，采用电液比例位置跟踪同步控制方案，并进行液压系统设计及液压元件选型。然后推导出了阀控非对称缸系统以及整个液压闭环系统的数学模型，利用仿真软件MATLAB/Simulink对本系统闭环动态特性进行分析，由于液压缸正反向运动的动态特性不同，分别对本跟踪同步系统的正反向运动进行了建模和仿真。然后在系统上加入了PID控制器，仿真结果显示得到了更好的系统性能。还利用了DSHplus仿真软件对PID控制系统进行了仿真验证，得到了与Simulink仿真平台近似相同的仿真结果。最后在系统上加入模糊自适应PID控制来对原系统进行优化，得到更高的跟踪同步性能。本文通过仿真得到设计的跟踪同步系统能够满足系统同步精度的要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 液压同步控制系统研究现状

1．3 电液比例同步控制系统研究现状

1．4 论文研究内容

第2章 液压同步系统的基本原理及分类

2．1 液压同步控制原理及概念

2．2 液压同步系统的传动方案

2．2．1 机械刚性同步系统

2．2．2 液压同步系统

2．3 电液比例闭环同步控制技术

2．4 分析

2．5 本章小结

第3章 液压跟踪同步控制系统设计与计算

3．2 液压同步控制系统原理图

3．3 液压系统元件选择与参数计算

3．3．1 液压缸的载荷组成与计算

3．3．2 初选工作压力

3．3．3 液压缸参数的确定与计算

3．3．4 比例阀参数的确定

3．3．5 泵的选择与计算

3．3．6 管件的选择与计算

3．3．7 蓄能器的选择

3．4 本章小结

第4章 液压系统数学建模

4．1 液压系统数学建模概述

4．2 数学模型的建立方法

4．2．1 微分方程法

4．2．2 传递函数法

4．2．3 状态空间法

4．2．4 功率键合图法

4．3 阀控缸系统数学模型

4．3．1 液压缸活塞杆外伸

4．3．2 液压缸活塞杆内缩

4．4 其他环节数学模型

4．4．1 阀控非对称液压缸系统方框图

4．4．2 零阶保持器的传递函数

4．4．5 比例阀的传递函数

4．5 系统方框图

4．6 系统仿真参数的确定

4．6．1 液压油液参数的确定

4．6．2 比例放大器的确定

4．6．3 位移传感器的确定

4．6．4 比例阀参数的确定

4．6．5 液压缸参数的确定

4．7 液压系统的开环传递函数

4．8 本章小结

第5章 系统性能分析及PID控制

5．1 系统开环频率特性及稳定性分析

5．2 系统闭环响应特性分析

5．2．1 采样周期的确定

5．2．2 系统闭环仿真分析

5．3 系统PID控制及仿真分析

5．3．1 PID控制基础

5．3．2 数字PID控制方法

5．3．3 PID参数整定

5．3．4 基于Simulink的PID控制仿真分析

5．4 基于DSHplus的PID控制仿真分析

5．5 本章小结

第6章 模糊自适应PID控制

6．1 模糊控制系统组成

6．2 模糊自适应PID控制简介

6．3 模糊自适应PID控制器的设计

6．4 模糊自适应PID系统仿真

6．5 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢