电液比例位置系统H混合灵敏度控制技术的应用研究

摘要

本课题针对实验室高速列车油压减振器性能测试试验台，将基于遗传算法的H<,∞>混合灵敏度控制器应用于电液比例位置系统的研究开发。 本文建立了电液比例位置系统的数学模型，通过仿真发现，大范围参数摄动和外干扰对电液比例位置系统的影响非常大，它们引起的不确定性成为电液比例位置控制系统难以解决的问题。鲁棒控制通过设计一个结构和参数均不变的控制器使得系统在不确定性范围内能够保证良好的稳态性能。H<,∞>混合灵敏度控制理论是鲁棒控制的典型理论之一，它兼顾了系统的抗干扰能力、跟踪能力与鲁棒稳定性。因此本文将H<,∞>混合灵敏度控制器应用于电液比例位置系统。 H<,∞>混合灵敏度控制中加权函数的选取极为重要，目前只有一般性的指导原则和选取方法。本文采用遗传算法对混合灵敏度的加权函数进行了选取，给出了兼顾系统的鲁棒性与动态性能的适应值函数，并在Matlab7.0.1平台上通过程序自动搜索出了电液比例位置系统的全局最优控制器。 仿真及实验结果均表明，电液比例位置系统在基于遗传算法的H<,∞>混合灵敏度控制器作用下具有良好的鲁棒性和动态性能，优于常规H<,∞>混合灵敏度控制器与PID控制器。在本文方法设计控制器的作用下，高速列车油压减振器性能测试试验台可以很好的模拟10Hz的激励信号，真实地反映了所测减振器的阻尼力与位移、速度的关系。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1选题背景与意义

1.2电液比例控制系统研究概述

1.2.1电液比例控制系统的组成及特点

1.2.2电液比例控制策略研究概况

1.3 H∞鲁棒控制理论的研究概况

1.4遗传算法在控制领域的应用

1.5本文的主要工作

第2章电液比例位置系统的建模

2.1电液比例位置系统的原理与组成

2.2位置反馈型比例电磁铁数学模型

2.2.1比例电磁铁的数学模型

2.2.2比例控制放大器建模

2.3阀控对称液压缸建模

2.3.1 比例流量控制阀负载流量方程

2.3.2液压缸流量连续性方程

2.3.3液压缸负载的力平衡方程

2.3.4阀控液压缸的传递函数

2.4本章小结

第3章电液比例位置系统的仿真分析

3.1系统参数的确立

3.1.1位置反馈型比例电磁铁的参数确定

3.1.2阀控对称液压缸的参数确定

3.1.3电液比例位置系统开环传递函数

3.2电液比例位置系统的开环动态特性分析

3.3大范围参数变化对电液比例位置系统的影响

3.3.1液压油弹性模量、密度、流量系数的变化对系统的影响

3.3.2粘性摩擦因数的变化对系统的影响

3.4负载干扰对电液比例位置系统的影响

3.5小结

第4章电液比例位置系统H∞混合灵敏度控制器的设计与求解

4.1 H∞混合灵敏度控制方法

4.1.1 H∞混合灵敏度问题

4.1.2闭环系统性能要求及加权函数的选取

4.2基于遗传算法的H∞混合灵敏度控制器的设计

4.2.1基于遗传算法的混合灵敏度控制器设计目标和要求

4.2.2电液比例位置系统加权函数结构的选取

4.2.3电液比例位置系统广义模型的建立

4.2.4基于遗传算法设计电液比例位置系统H∞混合灵敏度控制器

4.3电液比例位置系统基于遗传算法的H∞混合灵敏度控制器的求解

4.4小结

第5章电液比例位置系统H∞混合灵敏度控制器的仿真研究

5.1基于遗传算法的H∞混合灵敏度控制系统动态特性分析

5.2与常规H∞混合灵敏度控制器、PID控制器的比较

5.2.1标准对象模型下的系统输出对比

5.2.2大范围参数变化下系统输出的对比

5.2.3负载干扰抑制情况的对比

5.3小结

第6章电液比例位置系统H∞混合灵敏度控制器的实验研究

6.1高速铁路油压减振器试验台的性能指标与组成

6.1.1性能指标

6.1.2试验台的组成

6.2高速铁路油压减振器试验台计算机控制系统的组成

6.2.1控制系统的硬件组成

6.2.2控制系统的软件介绍

6.3基于遗传算法的H∞混合灵敏度数字控制器设计与实现

6.3.1电液比例位置系统实际测试的数学模型

6.3.2基于遗传算法的H∞混合灵敏度数字控制器的求解

6.4电液比例位置控制系统实验研究

6.4.1空载情况下的实验研究

6.4.2减振器示功图测试

6.5小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文