液压振动台的控制器设计及其DSP实现

摘要

液压伺服系统是控制领域中的一个重要的组成部分，广泛应用于要求控制精度高、输出功率大的工业控制领域。液压振动台是液压伺服系统的应用，一般用于测试领域。本课题以“铁马工程”项目为背景，使用液压振动台对用户产品进行振动测试。由于该振动系统负载压力大，要求控制精度高、稳定性实时性好，而液压系统由具有数学模型阶次高、闭环频带宽度窄，输出的幅值衰减大，稳定性差等缺点，因此对该系统进行了控制器的设计和控制算法的研究，主要工作为： (1)针对工业上普遍采用的传统PID算法在抗扰性和鲁棒性上的缺陷，本文设计了内模PID控制方法，有效地提高了系统的抗扰性和鲁棒性，且该控制器的设计直观简便。 (2)根据液压振动台在高频信号下输出幅值衰减大的问题，本文提出了利用谐振原理设计谐振控制器，该控制器能够在提高内部能量利用率的同时，增强系统的频率跟踪性能，有效地克服高频输出幅值的衰减。 (3)鉴于基于液压振动台传递函数模型所设计的控制器及控制算法与工业现场的控制有很大差距，对液压振动系统进行辨识与建模。通过选用嵌入式控制器、数据采集卡和一系列传感器组成的数据采集系统，在双闭环条件下采集数据并进行系统辨识。结果表明，辨识得到的ARMAX数学模型与实际系统具有较高的匹配度，能较好的反映出实际系统的特性。 (4)基于液压振动系统设备庞大、造价昂贵，不方便现场做实验和现场调整参数等原因，搭建了液压振动台的电模拟仿真系统，鉴于DSP具有快速、准确及参数易于修改等方面的优越性，将各控制算法通过DSP处理器作用于此仿真系统上，得到了较好的验证效果。 大量的仿真和半实物的实现表明，本文所设计的控制算法对液压振动台有较好的控制效果，能够达到工程上所要求的控制指标，并对工业现场的控制具有一定的实用意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景

1.2液压系统的控制方法及发展

1.3 DSP技术的发展和应用

1.3.1 DSP技术及发展概述

1.3.2基于DSP的液压控制系统的特点及应用

1.4本文的研究内容和意义

第2章液压振动台数学模型及其性能分析

2.1液压振动台的组成及特点

2.2液压振动台数学模型的描述

2.3液压振动台的性能分析

2.4本章小结

第3章液压振动台控制器设计及其控制算法的研究

3.1液压振动台的特点及其控制任务和目标

3.2常规控制器的设计方法与结果分析

3.3工业上常用的双闭环控制器的设计方法

3.4基于内模原理的液压振动台控制器的设计

3.4.1内模控制的基本原理

3.4.2内模控制的结构和性能

3.4.3基于内模原理的控制器的设计及其在液压振动台中的应用

3.5基于谐振控制的控制算法的研究

3.5.1谐振控制的基本原理

3.5.2常规频率校正的控制算法及其仿真结果

3.5.3谐振控制器的设计

3.5.4谐振控制算法在液压振动台电模拟仿真中的验证

3.6本章小结

第4章现场数学模型的辨识

4.1辨识的原理及模型简介

4.2液压振动台数据采集系统的构成及其数据库的建立

4.2.1数据采集系统的构成

4.2.2数据库的建立

4.3辨识结果的验证及结论

4.4本章小结

第5章电模拟仿真系统的设计及其DSP实现

5.1电模拟仿真系统的设计

5.1.1电模拟仿真系统结构的理论分析

5.1.2液压振动台各环节的电路模型

5.1.3电模拟仿真系统的制版

5.1.4液压振动台电模拟系统的结果验证

5.2基于DSP控制器的液压振动系统在电模拟仿真系统上的实现

5.2.1 TMS320C31系列DSP的特点及发展概述

5.2.2基于DSP的控制器的硬件构成和软件实现

5.2.3控制算法在电模拟仿真版上的验证

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢