基于比例方向阀的气动位置控制系统控制策略的研究

摘要

本文对由比例方向阀和单活塞杆气缸组成的气动位置系统特性进行研究的基础上，通过对控制策略的理论研究和仿真分析，实现了气动位置系统的高精度控制。 首先，建立了阀控缸系统的非线性数学模型，对系统特性进行了研究，讨论了系统参数对系统特性的影响；在此基础上，对气动比例位置系统进行了相应的控制策略的研究。提出了本文采用的控制策略：步进PID控制和模糊自适应PID控制。步进PID控制使输入信号一步一步地逼近所要求的位置，使运行对象平稳，适合高精度定位系统的定位要求。模糊PID控制应用模糊推理的方法，实现PID参数的在线自调整，能够达到参数kp，ki，kd取值的动态变化，使系统动态过程各阶段的PID参数处于最佳状态，以获得满意的控制效果。 其次，应用MATLAB/Simulink，设计了本实验系统的仿真界面。详细地分析了系统的时域特性、频域特性。对步进PID控制方法和模糊自适应PID控制方法进行了计算机仿真。仿真结果表明，同传统PID控制相比，步进PID明显地改善了系统的响应特性，提高了定位精度，其软件仿真定位精度小于0.1mm。应用模糊自适应PID控制方法，系统的超调量为0.07％，稳态精度可达0.07mm。较好地结合了模糊控制灵活和适应性强的优点与PID控制精度高的特点，具有较强的鲁棒性。 最后，对系统进行了动态仿真。仿真结果证明了所建数学模型和所采用的控制策略的正确性。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究概况

1.2.1系统基本特性研究

1.2.2控制元件和执行元件的研究

1.2.3控制策略的研究

1.3课题研究的意义

1.4课题研究的主要内容

第二章气动比例位置系统的数学建模

2.1系统概述

2.2系统数学模型的推导

2.2.1气动动力机构的建模

2.2.2 比例阀的数学模型

2.2.3气动比例位置系统的总模型

2.2.4本实验系统的数学模型

2.3气动系统的稳定性分析

2.3.1速度放大系数

2.3.2气动固有频率

2.3.3气动阻尼比

2.4小结

第三章控制策略研究

3.1流体控制策略概述

3.1.1 PID控制

3.1.2自适应控制

3.1.3鲁棒控制

3.1.4智能控制

3.2 PID控制原理及算法

3.2.1 PID控制原理

3.2.2数字PID控制算法

3.3气动比例位置控制策略研究与开发

3.3.1步进式PID控制

3.3.2模糊自适应PID控制

3.4小结

第四章MATLAB界面设计与仿真分析

4.1 MATLAB简介

4.2 MATLAB图形界面

4.2.1系统参数输入

4.2.2时域分析

4.2.3频域分析

4.2.4步进PID仿真

4.2.5自适应模糊PID仿真

4.3本章小结

第五章气动比例位置系统的动态仿真

5.1实验系统硬件组成

5.2动态仿真软件概述

5.3气动比例位置系统动态仿真界面

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

作者硕士期间发表文章和参加的科研项目

致谢