车载发电液压传动系统仿真及控制算法研究

摘要

随着电力技术和电子技术的不断发展，移动用电设备对电力的需求越来越大，车载发电系统在工业生产中的应用日益广泛。传统电源车的供电解决方案对民用而言不够经济，对军用而言不够机动灵活，因此，如何克服传统电源车供电设备昂贵、笨重的缺点，彻底解决移动设备行驶过程中的供电问题越来越来受到人们的重视。本文以车载发电为研究背景，基于《车载发电液压传动系统的建模与仿真研究》课题，提出了更为合理、有效的车载发电泵控液压马达系统的控制算法。 本文首先通过时域分析和频域分析研究了车载液压传动发电系统的特性。由于输入转速和负载时变，在工业上普遍采用的传统PID控制的调速性能难以达到车载发电的要求。因此，针对车载发电系统输入转速、负载时变的特点，本文分别研究了基于NCD整定的PID控制、模糊自整定PID参数控制、并联型模糊PID复合控制以及基于遗传算法的增益调度PID控制，并在系统的MATLAB/Simulink仿真模型上进行了相关实验。通过仿真结果分析比较各个控制算法的优缺点，得出基于遗传算法的增益调度PID控制最适合本文所研究的车载发电系统，可以达到《移动电站通用技术条件》(GB/T 2819-1995)中对交流电站的性能指标，满足车载发电要求。该方法既具有遗传算法全局优化、鲁棒性强的特点又具有增益调度良好解决非线性系统的特点，非常适合本文所研究的车载发电液压传动系统。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

第1章绪论

1.1课题的背景及意义

1.1.1课题的背景

1.1.2课题的意义

1.2课题的国内外的研究现状

1.2.1车载发电的国内外研究现状

1.2.2液压伺服系统的研究现状

1.2.3智能控制的研究现状

1.3本文的主要工作

第2章车载发电液压传动系统的特性及控制策略的选择

2.1液压传动系统的特点及恒速控制方案选择

2.1.1液压传动系统的特点

2.1.2恒速控制方式的选择

2.2泵控马达容积调速控制系统的组成和原理

2.3车载发电液压传动系统的仿真模型

2.3.1车载发电液压传动系统仿真模型的建立

2.3.2仿真系统的实验验证

2.4车载发电液压传动系统的特性研究

2.4.1车载发电液压传动系统的稳定性分析

2.4.2闭环系统的时域分析

2.4.3开环系统的频域分析

2.5控制算法的选择

2.6本章小结

第3章车载发电液压传动系统的数字PID控制及其参数优化

3.1数字PID控制

3.1.1数字PID控制原理

3.1.2 PID控制器各校正环节的作用

3.1.3 PID控制器采样周期的选择和参数整定方法

3.2基于Z-N算法整定PID参数

3.2.1 Z-N算法的应用背景和基本原理

3.2.2 Z-N算法的整定过程

3.3基于NCD工具箱优化PID参数

3.3.1 NCD工具箱的主要特点

3.3.2基于NCD工具箱的PID控制器优化过程

3.4两种整定方法的控制性能比较

3.5本章小结

第4章车载发电液压传动系统的模糊控制

4.1模糊控制原理及模糊控制器的设计

4.1.1模糊控制的原理

4.1.2模糊控制器的设计

4.2基本模糊控制的MATLAB仿真实验

4.2.1定义输入、输出变量

4.2.2定义模糊变量隶属度函数

4.2.3定义模糊控制规则

4.2.4车载发电系统的模糊控制仿真实验

4.3模糊自整定PID参数控制

4.3.1模糊自整定PID参数控制器

4.3.2模糊自整定PID参数控制策略

4.3.3模糊自整定PID参数的整定原则

4.3.4模糊自整定PID参数控制器的设计

4.3.5模糊自整定PID参数控制仿真实验

4.3.6小结

4.4并联型模糊PID复合控制

4.4.1并联型模糊PID复合控制器

4.4.2 S函数简介

4.4.3基于S函数实现并联型模糊PID复合控制实验

4.4.4小结

4.5本章小结

第5章基于遗传算法的增益调度PID控制

5.1遗传算法的基本原理

5.1.1遗传算法的优化原理

5.1.2遗传算法的构成要素

5.1.3遗传算法优化的特点

5.2基于遗传算法的PID参数优化

5.2.1基于遗传算法的PID整定原理

5.2.2遗传算法整定PID的仿真实验

5.3基于增益调度的PID控制

5.3.1增益调度控制原理

5.3.2选择调度变量

5.3.3确定工作点

5.3.4特定工况下PID控制策略的优化

5.3.5任意状况下的PID控制策略调度

5.4基于遗传算法的增益调度PID控制

5.4.1增益调度在泵马达系统控制中的优势

5.4.2增益调度PID控制的设计步骤

5.4.3增益调度PID控制的仿真实验

5.5本章小结

第6章控制算法的比较分析

6.1转速指令响应曲线的比较

6.2负载变化时的控制算法比较

6.3输入转速变化时的控制算法比较

6.4输入转速和负载同时变化下控制算法的比较

6.5适合车载发电系统的控制方案

6.6本章小结

第7章基于遗传算法的增益调度PID的改进

7.1基于遗传算法的增益调度PID存在的问题

7.2积分分离和变速积分的原理

7.2.1积分分离的原理

7.2.2变速积分的原理

7.3两种改进控制算法的仿真实验及分析比较

7.4本章小结

第8章论文工作总结与展望

8.1论文工作总结

8.1.1主要研究内容

8.1.2主要结论

8.2展望

参考文献

附录A

作者简历