阀控非对称缸电液位置伺服系统控制的研究

摘要

电液位置伺服系统具有响应速度快，精度高等优点，被广泛应用于国防工业及国民经济各个领域。本文以北京市科学技术委员会的电液伺服疲劳试验机为工程背景，以非对称液压缸为控制对象，提出基于卡尔曼滤波器的PID控制算法，使用仿真理论研究与实验验证相结合的方法，旨在研究出响应速度快，位置精度高的电液位置伺服系统。 在广泛阅读相关文献的基础上，建立了阀控非对称缸位置控制系统的数学模型，提出了系统的状态空间方程，设计了基于卡尔曼滤波技术的PID控制器，在WINCE平台下编制了控制软件，并进行了实验研究。 首先，本文在系统辨识的基础上，建立了阀控非对称缸位置控制系统的数学模型，针对数学模型中一些参数不可测量，使用最小二乘法进行了参数辨识。同时对辨识模型进行了校正，通过实验验证了辨识模型的准确性。 其次，研究了基于卡尔曼滤波器的PID控制算法，在对卡尔曼滤波器进行了仿真研究的基础上设计了针对控制对象的卡尔曼滤波器，并以卡尔曼滤波的最佳估计值作为PID的反馈，设计了控制器。仿真表明，该算法与普通PID相比，响应速度快，位置精度高，为算法的实现提供了理论指导。 最后，本文利用Matlab中的实时控制工具箱RTW编制了控制软件，利用已设计的卡尔曼滤波器编写了控制算法。实验研究表明本文所提出的基于卡尔曼滤波器的PID控制算法能有效提高电液位置伺服系统的位置精度和响应性，达到了很好的控制要求。证明本文所提出控制算法和控制器正确有效。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

1 绪论

1.1 课题的来源及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 国内外研究总结

1.3 本文的研究内容

2 系统建模、辨识及仿真

2.1 系统数学模型的建立

2.1.1 动力机构基本方程

2.1.2 电控系统传递函数

2.1.3 非对称缸位置数学模型

2.2 系统辨识

2.2.1 非线性系统激励信号

2.2.2 最小二乘法

2.2.3 辨识实验

2.2.4 辨识结果

2.2.5 模型校正

2.3 小结

3 基于卡尔曼滤波算法的电液位置伺服系统控制策略研究

3.1 卡尔曼滤波器研究

3.1.1 卡尔曼滤波器基本思想

3.1.2 卡尔曼滤波器递推算法

3.1.3 卡尔曼滤波器仿真研究

3.2 电液位置伺服控制策略研究

3.2.1 基于卡尔曼滤波器的PID控制原理

3.2.2 基于卡尔曼滤波器的PID控制仿真研究

3.3 小结

4 数字控制器的关键技术研究

4.1 主从式网络控制实现

4.2 基于WinCE的数字控制

4.2.1 WinCE.net系统定制

4.2.2 WinCE.net数字控制技术

4.3 控制算法的自动设计及实现方法研究

4.4 小结

5 实验研究

5.1 卡尔曼滤波器实验数据及分析

5.1.1 实验设计

5.1.2 卡尔曼滤波效果分析

5.2 基于卡尔曼滤波器的PID控制实验结果及分析

5.2.1 实验设计

5.2.2 实验结果分析

5.3 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录A 模拟电路图

作者简历