基于控制分配的液壓機(jī)同步控制算法研究.pdf

1、基于控制分配的液壓機(jī)基于控制分配的液壓機(jī)同步同步控制算法研究控制算法研究ResearchonControlAllocationBasedSynchronizationControlAlgithmfHydraulicPress學(xué)科專業(yè)：控制科學(xué)與工程研究生：楊碩指導(dǎo)教師：吳愛國(guó)教授天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院二零一三年十二月摘要液壓機(jī)是一種以高壓液體傳送工作壓力的壓制設(shè)備，隨著航空航天、汽車、造船等行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)大型化、高精度、智能化

2、和宜人化的液壓機(jī)的需求越來越大。隨著壓制噸位的增加，必須提高液壓機(jī)的出力，一般設(shè)計(jì)多缸液壓機(jī)，而多缸液壓機(jī)一般是一個(gè)滑塊同時(shí)與多個(gè)液壓缸相連接，這種機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)耦合、過驅(qū)動(dòng)和液壓缸同步問題。液壓系統(tǒng)中的伺服閥實(shí)現(xiàn)了傳遞介質(zhì)的流量和壓力之間的轉(zhuǎn)換，由于流量與壓力的開平方關(guān)系，導(dǎo)致了液壓系統(tǒng)的非線性特性。本課題針對(duì)液壓系統(tǒng)的耦合、非線性、過驅(qū)動(dòng)和液壓缸同步等問題開展了以下幾方面的研究：(1)在簡(jiǎn)化了雙動(dòng)液壓機(jī)模型的基礎(chǔ)上，運(yùn)用機(jī)理

3、建模方法建立其模型。假設(shè)被壓制的鍛件是立方體形狀，鍛件對(duì)兩個(gè)滑塊的反抗力作用可等效為彈性系數(shù)與位移量的乘積，然后綜合考慮兩個(gè)滑塊的運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)，在直線運(yùn)動(dòng)、繞X軸旋轉(zhuǎn)和繞Y軸旋轉(zhuǎn)三個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度方向上建立滑塊的動(dòng)態(tài)模型。之后，建立液壓機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，綜合滑塊和液壓機(jī)構(gòu)的模型便得到液壓系統(tǒng)的整體數(shù)學(xué)模型。(2)分析了多缸液壓系統(tǒng)的過驅(qū)動(dòng)問題，分析了常見的靜態(tài)控制分配算法和最新的動(dòng)態(tài)控制分配算法。針對(duì)一個(gè)過驅(qū)動(dòng)的實(shí)例，分別運(yùn)用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)控制分配方

4、法進(jìn)行仿真研究，結(jié)果表明運(yùn)用動(dòng)態(tài)控制分配具有更好的動(dòng)態(tài)特性。(3)針對(duì)多缸鍛造液壓機(jī)系統(tǒng)，在考慮不確定大負(fù)載和多缸耦合的情況下建立了其非線性系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，采用廣義逆的靜態(tài)控制分配方法解決液壓缸過驅(qū)動(dòng)問題，進(jìn)而設(shè)計(jì)雙閉環(huán)控制器。該控制器內(nèi)環(huán)采用李雅普諾夫直接法，控制四個(gè)單輸入單輸出的液壓缸壓力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)期望壓力的精確快速跟蹤；外環(huán)則針對(duì)帶不確定大負(fù)載的多輸入多輸出系統(tǒng)，采用自適應(yīng)控制策略并結(jié)合靜態(tài)控制分配理論，從而獲得各缸期望壓力。仿真

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制策略優(yōu)于采用滑模變結(jié)構(gòu)的單控制器策略，實(shí)現(xiàn)了低速運(yùn)行下的高精度調(diào)平和跟蹤控制。(4)雙面對(duì)壓液壓機(jī)系統(tǒng)為八輸入六輸出系統(tǒng)，滑塊和液壓機(jī)構(gòu)的模型一共20個(gè)狀態(tài)變量，采用基于動(dòng)態(tài)控制分配的雙閉環(huán)控制方法。內(nèi)環(huán)為壓力環(huán)，設(shè)計(jì)了非線性內(nèi)?？刂破?，實(shí)現(xiàn)壓力的快速精確跟蹤；外環(huán)為同步控制環(huán)，設(shè)計(jì)了魯棒控制器，實(shí)現(xiàn)高精度的位移跟蹤和調(diào)平。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在兩個(gè)滑塊運(yùn)動(dòng)速度相同或者不同的情況下，系統(tǒng)都具有良好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，驗(yàn)證