自适应控制在直驱式电液伺服系统中的应用与研究

论文摘要

直驱式电液伺服系统使用交流伺服电机代替传统的电液伺服阀,通过改变泵的转速来改变其输出流量,具有结构简单、节能高效、可靠性高、性能稳定等显著优点。由于直驱式电液伺服系统精度低、稳定性差、响应速度慢等缺点,而自适应控制具有消除模型化误差,抑制外界干扰与本身参数变化等优点,因此将模型参考自适应控制系统设计理论应用于直驱式电液伺服系统中。其基本原理是使自适应控制误差随时间的推移而渐进趋向于零。自适应控制器设计的目的是寻找使被控系统的输出渐近一致的跟随参考模型的输出的控制输入,以此来改善被控系统的性能。用软件控制的方法使系统具有理想的输出,从而改善直驱式电液位置系统存在的系统精度低、稳定性差、响应速度慢等缺点。本文在查阅国内外有关文献的基础上,建立了直驱式电液伺服系统的数学模型,以非对称缸的位移为被控量。对系统的开环频率特性、稳定性、快速性进行了分析;通过计算机仿真,对系统的性能进行了理论分析。针对原系统的不足,设计了模型参考自适应控制器与常规PID控制器。在空载和惯性负载下,对系统的阶跃信号和正弦信号响应进行了仿真研究。分析了系统的动、静态特性。完成了直驱式电液伺服系统实验台的改造设计和调试工作,实现了对直驱式电液伺服系统的有效控制。对系统进行了阶跃信号响应以及不同频率、不同惯性负载的正弦信号响应实验,实验结果表明:该自适应控制器的能够有效地改善直驱式电液位置系统的动态性能,与常规PID控制的系统性能比较,加入自适应控制器后系统有更好的快速性和稳定性,能稳定工作频率在1.5Hz左右,满足一般液压传动系统或一些对频率响应要求不高的伺服控制场合工作的要求,验证了理论分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 传统液压伺服系统简介
• 1.1.2 液压伺服系统现状
• 1.2 直驱式电液伺服系统综述
• 1.2.1 交流调速系统及交流伺服电机
• 1.2.2 直驱式电液伺服系统简介
• 1.2.3 国内外课题研究相关进展
• 1.2.4 控制策略在电液伺服系统中的应用概况
• 1.3 论文的主要工作
• 第2章 液压伺服系统工作原理及建模
• 2.1 泵控缸系统的工作原理及数学模型
• 2.2 交流同步调速系统及其数学模型
• 2.2.1 交流同步电机控制简介
• 2.2.2 交流永磁调速系统的构成和工作原理
• 2.2.3 交流永磁电机的数学模型
• 2.3 驱动器的数学模型
• 2.4 位移传感器的数学模型
• 2.5 直驱式电液伺服系统的数学模型
• 2.6 系统稳定性分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 系统的设计与计算机仿真分析
• 3.1 虚拟仪器技术与LabVIEW
• 3.2 仿真参数的选取与频率分析
• 3.3 系统对不同信号的响应及分析
• 3.4 系统的误差分析
• 3.4.1 稳态误差
• 3.4.2 静态误差
• 3.5 等效开环变阶闭环控制
• 3.5.1 等效开环系统的建立
• 3.5.2 闭环系统的优化设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 模型参考自适应控制器的设计
• 4.1 自适应控制简介
• 4.1.1 模型参考自适应控制
• 4.1.2 自适应调节器
• 4.2 数学理论基础
• 4.2.1 正实函数与正实条件
• 4.2.2 超稳定理论
• 4.3 高阶系统跟随低阶模型的MRAC设计方法
• 4.3.1 MRACS的设计
• 4.3.2 MRACS的结构设计
• 4.3.3 自适应控制律的推导
• 4.4 采样时间的选取
• 4.5 采用控制策略后系统仿真及其分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 直驱式电液伺服系统的实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 直驱式电液伺服系统试验台简介
• 5.3 控制系统组成与实现
• 5.3.1 控制系统硬件组成
• 5.3.2 控制器的设计与实现
• 5.4 实验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢