一万吨多向模锻水压机水平分配器系统建模与控制策略研究

论文摘要

一万吨多向模锻水压机是加工高强度大型铝合金航空航天器构件的关键设备。水压机原有的操作控制系统已明显老化,可靠性得不到保证。现将其操作系统改造为数字式电液伺服控制。本文以水压机的水平分配器电液伺服系统为研究对象,通过建模和仿真分析其工作特性,并研究合适的控制策略,以提高水压机的控制精度和工作可靠性。根据水压机水平分配器的结构特点和工作原理,详细说明了控制系统中液压和电气系统的组成及其功能。建立了水平分配器电液伺服系统的主要元件比例流量阀、方向插装阀和接力器的数学模型,通过MATLAB/Simulink软件对其进行动态仿真,分析它们的特性。然后利用封装技术将各元件模型连接,建立系统的整体仿真模型。仿真结果表明,不加控制器的系统超调振荡严重,调节时间长,特别是负载扰动时系统振荡更加严重,这样不仅难以满足实际生产需要,而且对分配器的损害也很大。针对电液伺服系统的非线性和参数不确定性,PID控制器在实际应用中不能满足水压机分配器控制精度的要求,设计了基于神经网络的自适应逆控制器,其中神经网络作为前馈控制器,根据PID控制器的输出在线调节,逐渐消除反馈误差;PID控制器作为反馈控制器在系统出现负载扰动时,消除其对系统的影响。不仅保证了控制系统的稳定性和鲁棒性,而且有效地提高了系统的精确度和自适应能力。仿真和现场实验结果表明该控制策略具有明显的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 项目来源、研究意义
• 1.1.1 项目来源
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 液压机的发展简史与技术现状
• 1.2.1 液压机发展简史
• 1.2.2 国内外液压机的技术现状
• 1.3 电液比例控制技术发展概述
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 一万吨水压机水平分配器系统及工作原理
• 2.1 水压机工作原理概述
• 2.2 水平分配器结构及工作原理
• 2.3 水压机电液伺服控制结构与功能
• 2.3.1 液压系统
• 2.3.2 电气系统
• 2.4 本章小结
• 第三章 水平分配器电液伺服系统数学模型的建立与仿真
• 3.1 电液伺服系统模型及建模方法
• 3.1.1 电液伺服系统模型概述
• 3.1.2 电液位置伺服系统的结构与建模方法
• 3.1.3 水平分配器液压伺服系统结构
• 3.2 电液比例流量阀数学模型
• 3.2.1 电液比例流量阀的结构
• 3.2.2 电液比例流量阀建模
• 3.3 先导控制方向插装阀的数学模型
• 3.3.1 先导控制方向插装阀的结构原理
• 3.3.2 先导控制方向插装阀的建模
• 3.4 水平分配器执行机构建模
• 3.4.1 执行机构结构原理
• 3.4.2 接力器数学模型
• 3.5 负载力矩T研究
• 3.6 系统仿真
• 3.6.1 电液比例流量阀动态仿真
• 3.6.2 先导控制方向插装阀动态仿真
• 3.6.3 接力器动态仿真
• 3.6.4 系统整体动态仿真
• 3.7 本章小结
• 第四章 水平分配器电液伺服系统控制策略研究
• 4.1 引言
• 4.2 水平分配器电液伺服系统PID控制研究
• 4.2.1 水平分配器电液伺服系统PID控制仿真
• 4.2.2 PID控制在水平分配器电液伺服系统中的适应性分析
• 4.3 神经网络自适应逆控制算法研究
• 4.3.1 自适应逆控制概述
• 4.3.2 神经网络自适应逆控制
• 4.3.3 神经网络逆模型的训练方法
• 4.4 水平分配器电液伺服系统自适应逆控制算法研究
• 4.4.1 基于神经网络的自适应逆控制器设计
• 4.4.2 神经网络控制器学习算法
• 4.4.3 神经网络自适应逆控制器算法步骤
• 4.4.4 水平分配器电液伺服系统自适应逆控制分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要研究成果