再制造液压缸试验台伺服控制系统的研究

摘要

随着国家自然资源储量的日益紧张和开采资源造成的生态破坏，国家开始大力发展能够回收废弃产品再利用的再制造工程。其中，再制造液压缸因为其价格低廉而受到越来越多厂家的青睐。因此，本文主要针对试验台对再制造液压缸的性能检测过程中出现的一些问题，特别是最低启动压力检测项目中需要手动定位、控制精度不高等问题，对再制造液压缸试验台的伺服控制系统进行研究。
　　首先为了满足性能检测的要求，建立液压系统的技术要求和性能指标，对现有的最低启动压力试验进行了改进，重新设计了液压试验回路，并针对液压系统完成了静态计算。
　　然后依据流体力学等理论为基础，建立了阀控非对称液压缸的基本方程和液压伺服系统的数学模型，并对数学模型进行了简化。
　　根据建立的数学模型进行参数量化后，用Matlab/Simulink软件对该系统进行动态仿真，仿真结果不符合要求。于是通过PID控制对系统校正，得到理想的阶跃响应曲线，但是在随后测试PID控制的适应性过程中，发现PID控制的适应性差，不能满足经常更换液压缸试验的要求，于是寻求更好的控制方法。
　　进一步，依据模糊控制理论设计常规模糊控制器。先进行常规模糊控制的仿真，发现仿真曲线适应性明显比PID控制好，但出现了静态误差的问题。通过分析PID控制和常规模糊控制的优点和不足，决定采用自适应模糊PID控制方法。设计出自适应模糊PID控制器，并对模型进行仿真，仿真结果证实响应曲线消除了静态误差，同时响应时间也在要求范围内，达到预期要求。
　　最后，完成了PLC电气控制系统的设计。对PLC电气控制系统的硬件进行了详细的设计，完成了PLC的选型和I/O口的分配以及硬件接线图。然后进行了软件设计，包括程序流程图和顺序功能图的编写。
　　本文重新设计液压试验回路，建立液压伺服系统的数学模型，通过PID控制、常规模糊控制、自适应模糊PID控制进行仿真，并设计了PLC电气控制系统。满足了液压伺服系统的性能要求，可以快速、高精度的定位到待检测位置，并有效的解决了因为经常更换液压缸进行试验造成的系统适应性差的问题。

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摘 要

Abstract

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Contents

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 再制造液压缸的介绍

1.3 国内外研究现状

1.4 研究意义和主要研究内容

2 试验台液压系统的设计

2.1 液压系统的技术指标及要求

2.2 液压系统设计

2.3 液压伺服系统的设计

2.4 本章小结

3 液压伺服控制系统数学模型的建立

3.1 系统组成及工作原理

3.2 阀控液压缸的数学模型建立

3.3 液压伺服系统数学模型建立

3.4 本章小结

4 液压伺服控制系统的动态仿真研究

4.1 仿真软件的选择

4.2 仿真参数的确定

4.3 系统仿真分析

4.4 伺服系统的 PID 控制

4.5 本章小结

5 液压伺服控制系统的模糊控制研究

5.1 模糊控制理论的基本原理

5.2 模糊控制器的设计

5.3 模糊控制仿真结果分析

5.4 自适应模糊 PID 控制器设计

5.5 自适应模糊 PID 控制的仿真结果分析

5.6 本章小结

6 PLC 电气控制系统的设计

6.1 控制系统的方案设计

6.2 控制系统硬件设计研究

6.3 控制系统软件设计研究

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间取得的学术成果和获奖情况