直线压缩机滑模变结构控制方法研究

论文摘要

直线电机驱动的压缩机具有传统旋转电机驱动的压缩机不可比拟的优势,由于可以直接将电能转化为直线运动的机械能,因此不需要将旋转运动转化为直线运动的曲柄连杆机构,提升了压缩机的机械效率,简化了机械结构,减少了能量传递环节。直线压缩机具有体积小巧、结构紧凑、能耗低、效率高等优点,在对节能、环保要求越来越高的当今社会,直线压缩机的应用前景必将十分广阔。本文在分析了目前直线压缩机控制方法的基础上,针对活塞运行速度不稳定,抗扰动能力弱,控制不精确等问题,研究适合于直线压缩机活塞速度控制的智能方法。首先系统分析了动磁式直线压缩机内部结构和工作原理,根据直线压缩机等效磁路模型,对电机磁路和电磁推力关系式进行了推导,建立了电磁系统数学模型；同时,将压缩机机械系统等效为一个单质量单自由度的弹簧阻尼振动系统,建立了机械系统模型,完成了对直线压缩机整体数学模型的建立,为控制算法的研究奠定了理论基础。基于被控对象的数学模型,以提高系统性能及抗扰动能力为目标,首先运用传统PID控制策略,通过最小Mr和最大γ两种工程设计方法设计控制器参数,运用Matlab/Simulink进行仿真分析,系统受到恒值外力扰动情况下,其响应曲线会产生波动且恢复时间较慢,说明传统PID控制的鲁棒性不强；引入滑模变结构控制理论,设计了滑模变结构控制器,通过仿真分析,系统在一定范围的恒值扰动作用下能够实现完全不敏感,其抗干扰能力大幅提高,但抖振现象的存在对系统造成不利影响；为削弱抖振现象的影响,基于模糊控制理论,将模糊控制与滑模变结构控制相结合,设计了模糊滑模控制器,通过控制器参数的调节,系统在抗干扰能力提高的同时,抖振现象也得到了有效抑制,使系统达到了令人满意的动态和静态响应特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 直线压缩机的发展历史及研究现状
• 1.2.1 国外直线压缩机的发展及现状
• 1.2.2 国内直线压缩机的发展及现状
• 1.3 直线压缩机特点
• 1.4 直线压缩机控制策略
• 1.4.1 传统控制策略
• 1.4.2 现代控制策略
• 1.4.3 智能控制策略
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 直线压缩机原理及数学模型
• 2.1 直线压缩机分类及工作原理
• 2.1.1 电磁振动压缩机
• 2.1.2 直线电动压缩机
• 2.1.3 直线步进电机驱动的压缩机
• 2.2 直线压缩机数学模型建立
• 2.2.1 电磁系统数学模型
• 2.2.2 机械系统数学模型
• 2.3 直线压缩机系统方程及状态方程
• 2.3.1 系统运行方程组
• 2.3.2 系统状态方程组
• 2.3.3 系统模型框图
• 2.4 本章小结
• 第3章 直线压缩机PID控制
• 3.1 PID控制
• 3.1.1 PID控制器的参数整定
• 3.1.2 PID参数整定的一般步骤
• 3.2 由工程设计方法设计PID控制器参数
• r法设计PID控制器参数'>3.2.1 最小M_r法设计PID控制器参数
• 3.2.2 最大γ法设计PID控制器参数
• 3.3 系统仿真及分析
• 3.3.1 PID控制系统Simulink仿真框图
• 3.3.2 仿真结果比较与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 直线压缩机滑模变结构控制
• 4.1 滑模变结构控制基本原理
• 4.1.1 滑模控制理论定义及数学表达
• 4.1.2 滑模变结构控制的基本问题
• 4.1.3 滑模变结构控制的性质
• 4.2 直线压缩机滑模控制系统设计
• 4.2.1 滑模控制系统结构框图
• 4.2.2 滑模面设计
• 4.2.3 等效控制变量设计
• 4.2.4 切换控制变量设计
• 4.3 系统仿真及分析
• 4.3.1 系统Simulink仿真框图
• 4.3.2 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 直线压缩机模糊滑模控制
• 5.1 模糊控制基本原理
• 5.1.1 模糊控制理论背景
• 5.1.2 模糊控制器结构
• 5.2 模糊控制基本过程
• 5.2.1 模糊化
• 5.2.2 知识库
• 5.2.3 模糊推理
• 5.2.4 清晰化
• 5.3 直线压缩机的模糊滑模控制
• 5.3.1 模糊滑模控制系统结构框图
• 5.3.2 输入变量的模糊化
• 5.3.3 模糊滑模推理
• 5.3.4 去模糊化
• 5.4 系统仿真及分析
• 5.4.1 系统Simulink仿真框图
• 5.4.2 仿真结果分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢