基于控制分配的液壓機同步控制算法研究.pdf

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

2、和宜人化的液壓機的需求越來越大。隨著壓制噸位的增加，必須提高液壓機的出力，一般設計多缸液壓機，而多缸液壓機一般是一個滑塊同時與多個液壓缸相連接，這種機械結構會使系統(tǒng)產生強耦合、過驅動和液壓缸同步問題。液壓系統(tǒng)中的伺服閥實現(xiàn)了傳遞介質的流量和壓力之間的轉換，由于流量與壓力的開平方關系，導致了液壓系統(tǒng)的非線性特性。本課題針對液壓系統(tǒng)的耦合、非線性、過驅動和液壓缸同步等問題開展了以下幾方面的研究：(1)在簡化了雙動液壓機模型的基礎上，運用機理

3、建模方法建立其模型。假設被壓制的鍛件是立方體形狀，鍛件對兩個滑塊的反抗力作用可等效為彈性系數(shù)與位移量的乘積，然后綜合考慮兩個滑塊的運動動態(tài)，在直線運動、繞X軸旋轉和繞Y軸旋轉三個運動自由度方向上建立滑塊的動態(tài)模型。之后，建立液壓機構的數(shù)學模型，綜合滑塊和液壓機構的模型便得到液壓系統(tǒng)的整體數(shù)學模型。(2)分析了多缸液壓系統(tǒng)的過驅動問題，分析了常見的靜態(tài)控制分配算法和最新的動態(tài)控制分配算法。針對一個過驅動的實例，分別運用靜態(tài)和動態(tài)控制分配方

4、法進行仿真研究，結果表明運用動態(tài)控制分配具有更好的動態(tài)特性。(3)針對多缸鍛造液壓機系統(tǒng)，在考慮不確定大負載和多缸耦合的情況下建立了其非線性系統(tǒng)數(shù)學模型，采用廣義逆的靜態(tài)控制分配方法解決液壓缸過驅動問題，進而設計雙閉環(huán)控制器。該控制器內環(huán)采用李雅普諾夫直接法，控制四個單輸入單輸出的液壓缸壓力系統(tǒng)，實現(xiàn)對期望壓力的精確快速跟蹤；外環(huán)則針對帶不確定大負載的多輸入多輸出系統(tǒng)，采用自適應控制策略并結合靜態(tài)控制分配理論，從而獲得各缸期望壓力。仿真

5、實驗結果表明，該控制策略優(yōu)于采用滑模變結構的單控制器策略，實現(xiàn)了低速運行下的高精度調平和跟蹤控制。(4)雙面對壓液壓機系統(tǒng)為八輸入六輸出系統(tǒng)，滑塊和液壓機構的模型一共20個狀態(tài)變量，采用基于動態(tài)控制分配的雙閉環(huán)控制方法。內環(huán)為壓力環(huán)，設計了非線性內?？刂破?，實現(xiàn)壓力的快速精確跟蹤；外環(huán)為同步控制環(huán)，設計了魯棒控制器，實現(xiàn)高精度的位移跟蹤和調平。仿真實驗結果表明，在兩個滑塊運動速度相同或者不同的情況下，系統(tǒng)都具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，驗證