直驱泵控电液伺服系统模糊滑模控制仿真与实验研究

摘要

本文针对传统阀控伺服系统存在结构复杂、节流损失大、效率低等弊端，采用伺服电机驱动双向定量泵的方式，建立了直驱泵控电液伺服系统实验平台。结合现代控制理论和计算机仿真技术，采用理论建模仿真分析和实验研究相结合的方法，对直驱泵控系统动态响应特性与位置伺服控制技术进行系统的理论与实验研究。
　　在分析讨论阀控系统的工作原理及优缺点的基础上，分别对变排量和变转速两种泵控系统的工作原理、组成以及存在的问题进行了深入探讨，为解决非对称缸伺服系统流量不平衡问题，采用补油泵构建了非对称缸闭式泵控系统。分析了系统中各个子模块的性能特点，对其中的死区、饱和等非线性环节进行了简化处理，建立了各子模块以及整个直驱泵控伺服系统的数学模型。分别从时域和频域对系统的稳定性和响应特性进行了分析，结果表明所建立直驱泵控电液位置伺服系统整体是稳定的，系统存在的死区、饱和等非线性特征对响应特性具有重要影响。
　　系统阐述了滑模控制基本理论以及存在的高频抖振问题，采用比例切换控制方法设计了滑模控制器，通过仿真研究控制器参数对直驱泵控系统动态特性影响规律，结果表明比例切换滑模控制存在明显的抖振现象，难以获得理想的动态品质。为了削弱滑模控制产生的抖振现象，引入了模糊控制理论，将模糊控制和滑模控制相结合设计了模糊滑模控制器，并在MATLAB/Simulink环境中，完成了控制器程序的开发，对直驱泵控电液位置伺服系统模糊滑模控制的阶跃响应与曲线跟踪性能进行了仿真研究，结果表明所建立的模糊滑模控制器能很好地抑制滑模控制产生的抖振现象，具有响应速度快、稳态误差小、控制精度高、抗干扰能力强等优点。
　　基于CQYZ-D电液伺服控制实验平台，在Labview和WPLSoft开发环境中完成了数据采集、串口通信、滑模控制与模糊滑模控制等控制系统的软件开发。对直驱泵控位置伺服系统在PID控制、滑模控制与模糊滑模控制策略下的阶跃响应特性与位置伺服控制性能进行了系统的实验研究。结果表明模糊滑模控制器在响应速度、控制精度与抗干扰能力等方面都要优于PID控制和滑模控制，将模糊控制与滑模控制相结合可有效削弱滑模控制中产生的抖振现象，显著提高系统动态品质与控制精度，为直驱泵控伺服系统的应用提供了切实有效控制策略。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 直驱泵控电液伺服系统国内外研究进展

1．3 电液伺服系统滑模控制研究现状

1．4 本文主要研究内容

2 直驱泵控电液伺服系统的实现方案与工作原理

2．1 阀控液压伺服系统工作原理及存在问题

2．2 直驱泵控电液伺服系统工作原理及特点

2．3 直驱泵控电液伺服系统的组成及实现方案

2．4 本章小结

3 直驱泵控电液伺服系统的建模与性能分析

3．1 直驱泵控电液伺服系统的数学模型建立

3．1．1 交流伺服电机数学模型的建立

3．1．2 泵控缸动力机构数学模型的建立

3．1．3 位移反馈模块数学模型的建立

3．1．4 直驱泵控电液伺服系统传递函数

3．2 直驱泵控电液伺服系统的状态空间模型

3．3 直驱泵控电液伺服系统特性仿真分析

3．3．1 直驱泵控电液伺服系统参数

3．3．2 直驱泵控电液伺服系统稳定性分析

3．3．3 直驱泵控电液伺服系统时域分析

3．3．4 直驱泵控电液伺服系统频域分析

3．4 轴向柱塞泵输出特性实验结果与分析

3．5 本章小结

4 直驱泵控电液伺服系统模糊滑模控制仿真研究

4．1 模糊控制和滑模控制理论概述

4．1．1 模糊控制特点及其工作原理

4．1．2 滑模控制概述及工作原理

4．1．3 模糊控制与滑模控制的相似性

4．1．4 模糊滑模控制实现方案

4．2 滑模控制器设计

4．2．1 切换函数的设计

4．2．2 控制策略的选择

4．2．3 滑模控制仿真分析

4．3 模糊滑模控制器设计

4．3．1 基于模糊规则的滑模控制器设计

4．3．2 模糊滑模控制仿真分析

4．4 本章小结

5 基于LABVIEW的控制系统开发与模糊滑模控制实验研究

5．1 直驱泵控电液伺服系统实验平台开发

5．2 直驱泵控电液伺服控制系统实验平台软件程序组成

5．3 直驱泵控电液伺服系统控制实验平台软件程序开发

5．3．1 数据采集系统开发

5．3．2 串口通讯开发

5．4 基于LABVIEW的模糊滑模控制器设计

5．4．1 滑模控制器设计

5．4．2 模糊滑模控制嚣设计

5．5 实验结果与分析

5．5．1 阶跃响应实验结果与分析

5．5．2 余弦响应实验结果与分析

5．5．3 方波响应实验结果与分析

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

攻读硕士学位期间发表论文及获得专利