直驱泵控压力伺服系统自适应模糊PID控制技术研究

摘要

本文针对传统阀控电液伺服系统存在结构复杂、节流损失大、发热严重、油液过滤精度要求高等问题，建立了以伺服电机直驱双向定量泵的闭式泵控电液伺服系统。采用理论与实验相结合的研究方式，对直驱泵控压力伺服系统建模、仿真以及自适应模糊 PID控制技术进行了较为系统的研究。
　　总结了直驱泵控液压伺服控制系统工作原理和性能特性，分析了基于伺服电机驱动双向定量泵的闭环容积控制回路实现方法，并提出了一种增加补油系统来解决差动式液压缸回路流量不平衡与低压腔存在负压的问题。完成了直驱泵控系统实验平台的电器连接、硬件选型，建立了压力伺服控制实验系统。
　　分析了直驱泵控系统各模块的性能，对其中的死区、饱和等非线性环节进行了简化处理，建立了直驱泵控压力伺服系统的数学模型。分析了系统的稳定性，讨论了系统参数变化对系统动态性能的影响。结果表明：系统正反两个方向运行时性能特性存在明显差异；系统增益参数KPID对系统的响应速度和稳态精度有着显著影响；系统负载参数M和K分别影响着系统的稳定性和响应的快速性。
　　在MATLAB/Simulink平台上，采用压力闭环PID控制方法对直驱泵控系统阶跃响应和曲线跟踪进行了仿真研究，获得了PID各个参数对系统响应速度、稳态精度、超调量以及调整时间等的影响规律。讨论了自适应模糊控制的原理与实施方法，完成了自适应模糊PID控制器的设计。通过仿真研究了系统在不同负载特性下伺服控制特性，结果表明：直驱泵控系统可实现压力伺服控制与跟踪，自适应模糊 PID控制器的控制性能优于 PID控制器，能显著调高系统的响应速度，控制精度与抗参数变化的能力。
　　在LabVIEW和WPLSoft软件平台上开发出了数据采集、串口通信、信号接收与发送等程序。并在实验台上完成了压力闭环PID控制器和自适应模糊PID控制器的开发，实现了当给定目标压强信号为阶跃信号形式时，压力闭环PID控制器和自适应模糊PID控制器的跟踪实验，结果表明不同 PID控制器参数下系统的响应速度、控制精度和稳态误差有所不同，相对于传统压力闭环PID控制，自适应模糊PID控制策略能有效去除系统响应初期的抖振现象、削弱死区时滞等非线性因素对阶跃跟踪的影响，从而提高系统的动态品质和控制精度。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 直驱泵控电液伺服系统发展趋势

1.3 电液伺服力控系统概述

1.4 本文主要研究内容

2 直驱泵控压力伺服系统的设计

2.1 阀控液压传动系统工作原理及存在问题

2.2 泵控液压传动系统原理及特点

2.3 液压伺服控制系统

2.4 直驱泵控压力伺服系统实验平台总体方案设计

2.5 本章小结

3 直驱泵控压力伺服系统数学建模与性能分析

3.1 直驱泵控压力伺服系统数学模型的建立

3.2直驱泵控压力伺服控制系统特性仿真分析

3.3 本章小结

4 直驱泵控压力伺服控制系统自适应模糊PID控制技术研究

4.1 PID控制器设计与仿真

4.2 自适应模糊PID控制策略

4.3 自适应模糊PID控制器设计与仿真

4.4 直驱泵控压力伺服控制系统仿真及结果分析

4.5 本章小结

5 基于LabVIEW的系统软件开发与实验研究

5.1 虚拟仪器技术与LabVIEW图形化编程语言

5.2 基于LabVIEW的压力伺服控制系统软件开发

5.3 基于LabVIEW的位置闭环PID控制器设计

5.4 基于LabVIEW的自适应模糊PID控制器设计

5.5直驱泵控压力伺服系统实验结果分析

5.6本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文及参与项目