电力工业论文_伺服电机变转速泵控系统的位置控

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外相关研究现状

    1.2.1 基于流体传动系统的各类机械的研究与发展现状

    1.2.2 轴向柱塞泵的发展与研究现状

    1.2.3 泵控系统与阀控系统的发展与研究现状

1.3 论文的主要内容

第二章 变转速泵控系统的机械功能及结构实现

2.1 引言

2.2 系统配流结构及原理图

    2.2.1 轴向柱塞泵直接配流结构和原理

    2.2.2 执行液压缸配流结构和原理

2.3 泵控系统的流量调节过程

    2.3.1 泵控系统液压原理

    2.3.2 泵控系统完整控制过程

2.4 变转速泵控系统的机械设计及元器件选型

    2.4.1 轴向柱塞泵本体

    2.4.2 高速响应电磁换向阀

    2.4.3 高精度执行液压缸

    2.4.4 磁致伸缩式位移传感器

    2.4.5 控制系统整体机构设计

2.5 本章小结

第三章 变转速泵控系统的数学建模与分析

3.1 引言

3.2 泵控系统数学模型的构建

    3.2.1 轴向柱塞泵单柱塞运动学及液压原理分析

    3.2.2 轴向柱塞泵的排量与流量分析

    3.2.3 基于液压缸变负载下的泵控系统的数学模型

3.3 变转速泵控系统传递函数的建立

    3.3.1 变转速泵控系统控制传递函数方框图

    3.3.2 变转速泵控系统传递函数各参数的计算与确定

    3.3.3 变转速泵控系统的系统特性与幅频曲线

3.4 变转速泵控系统控制方案及策略分析

3.5 本章小结

第四章 变转速泵控系统的控制算法与联合仿真

4.1 引言

4.2 变转速泵控系统简单闭环算法

    4.2.1 简单闭环控制基本原理

    4.2.2 变转速泵控系统闭环控制实现算法

4.3 变转速泵控系统传统PID控制算法

    4.3.1 传统PID控制算法基本原理

    4.3.2 变转速泵控系统PID控制的实现算法

4.4 变转速泵控系统模糊内模PID控制

    4.4.1 内模控制基本原理

    4.4.2 变转速泵控系统模糊内模控制实现算法

4.5 基于AMESim和 MATLAB中 Simulink模块的联合仿真

    4.5.1 AMESim与 MATLAB联合仿真模型的建立

    4.5.2 联合仿真结果比较

4.6 本章小结

第五章 变转速泵控系统的样机搭建与实验研究

5.1 引言

5.2 控制流程分析

5.3 控制系统的硬件选型与设计

    5.3.1 控制柜基本元器件选型

    5.3.2 NI系列Myrio驱动器模块

    5.3.3 上位机与驱动器通信模块

5.4 控制程序设计及编写

    5.4.1 位移信号采集

    5.4.2 下位机程序

    5.4.3 上位机程序

    5.4.4 三种控制方法下的模块程序

5.5 控制调试结果

    5.5.1 空载输出结果

    5.5.2 弹簧负载输出结果

    5.5.3 粉末体负载输出结果

    5.5.4 实验结果总结及结论

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

文章摘要:现阶段,流体传动系统的控制方式一般分为两种:泵控和阀控。自从液压系统应用以来,泵控和阀控就一直各自占据各自应用场合的半壁江山,但是先期随着对控制精度的要求不断提升,阀控系统的应用场合逐渐多于泵控系统,这得益于一般阀控系统控制精确度高于一般泵控系统的缘故。但是随着人类能源消耗加剧,更加节能的泵控系统开始重新赢得人们的重视。因为就能量来说,泵控系统省去了因为阀控带来的能量损失部分,而这一部分占据阀控系统能量损失的44%之多。泵控系统的缺点是动态特性相对较差,且控制精度差强人意。因此若能有某种算法将泵控系统的控制精度提升到最高程度,相信不仅能大幅提高液压系统的控制精度,又能大幅减少系统的能量损耗,那么人类可以将各类液压系统使用的年限、场合都会大大增加。鉴于此,本论文旨在寻求一种合理的提升泵控系统控制精度（如精确位移控制、恒定力控制等）的一种控制算法,能够大幅提高伺服电机直接驱动的泵控系统的响应特性和控制精度,为完成此目标,本论文设计了一座基于伺服电机的变转速带可变负载的位置控制系统,该系统是采用伺服电机直接驱动轴向柱塞泵,再由柱塞泵通过最简单阀直接带负载的方式,直接控制位置输出并采集控制输出数据形成闭环的控制系统。围绕所设计的控制系统,论文进行了多种算法（简单闭环、传统PID、模糊内模PID）控制下的变负载的控制特性实验,根据实验记录不断比较并调整控制算法,最后得到最优化的控制结果输出曲线等,完成了如下的具体研究工作:1)先对试验台进行三维UG预建模,搭建了从伺服电机驱动到轴向柱塞泵到简单换向阀再到负载的系统性试验台。在此期间,先进行了柱塞泵基本原理的分析,分析了伺服电机的基本控制方式,有传统PID控制、自适应控制、模糊控制和迭代控制,以及几种控制方式的有机结合下的控制方式。分析了换向阀的伺服特性及响应特性。2)首先对控制系统的伺服电机进行了选型,并对必要的液压阀进行了合适的选型,在此基础上对几种控制算法下的空载特性进行试验并记录。比照之前理论上的柱塞泵特性结论,进行了验证。3)接上变负载（最终目标是粉末体负载）并设定目标位移值,对几种控制算法下的变负载控制特性进行了试验并记录数据。分析这些数据并找出了一般规律,对比几种控制算法的实验数据,比较了差距并分析了泵控系统性能的提升程度。4)分析了实验数据,对比与设定好的位移控制目标的差距,评价了几种控制算法各自的控制特性,针对各控制算法控制特性的不足,逐渐改进控制算法,比较了它们的优劣并将算法改进至了最优,记录下了泵控系统的控制特性数据。5)根据最终的控制结果输出曲线,分析了与控制目标的差距,分析了差距的可能原因,并对泵控系统的性能优化提出了方向,使得泵控系统的推广更上一层台阶。本论文所完成的研究成果以及理论模型与方法,将为后续进行的泵控系统的样机的制作提供了借鉴,为更加有效地复合系统的推广和更深层次的理论与实验分析提供了依据。

文章来源：《流体传动与控制》 网址: http://www.ltcdykz.cn/qikandaodu/2021/1110/457.html