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控制系统方面有关专科毕业论文范文,与基于结构不变性的液压加载系统多余力抑制相关论文范文例文

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摘 要 由于作动器对加载系统的位置干扰及负载效应,会使加载系统产生多余力,影响加载控制精度,采用常规PID控制难以实现较高的动态性能.本文分析了对于液压加载系统多余力产生机理,对于液压加载系统进行了数学建模,采用PID结合前馈控制进行多余力抑制,分析表明此种方法能有效的抑制多余力,提高加载精度.

关 键 词 :加载;多余力;前馈;结构;不变性

引言

液压加载系统目前被广泛的用于航空航天地面试验中.多余力的控制是加载系统要解决的关键问题.目前普遍采用PID对多余力进行控制,但PID控制难以达到较高的动态性能,对于加载系统精度的提升效果不显著.

本文针对传统PID控制的局限性[3],根据结构不变性原理[4]采用了PID结合速度前馈控制的控制策略对多余力进行抑制,得到了较好的效果.

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1.液压加载系统的数学

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建模

1.1液压加载系统原理


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典型液压加载系统由被测作动器和加载系统组成.被测作动器和加载系统分别是位移伺服控制系统和力伺服控制系统.加载系统和待测系统是直接相联的.

1.2阀控加载作动器数学模型

假设四通阀为理想的零开口阀,舵机为对称作动器,根据加载伺服阀的流量方程[1],流量连续方程[5]以及力平衡方程[1] 可得出加载缸的力输出特性:

(1)

式中

(2)

(3)

(4)

1.3舵机阀控作动器建模

相似的,阀控舵机的位移输出用过线性化的流量方程,流量连续方程以及力平衡方程拉普拉斯变换联立后可得出舵机的输出位移为:

(5)

式中

(6)

(7)

1.4伺服阀传递函数

舵机的伺服阀看作二阶振荡环节[3],阀芯位置与输入电流之间的传递函数可以表示为:

(8)

1.5系统框图

综合以上则可以推出整个加载系统框图如下:

图1 加载系统框图

以上文中符号含义:

-加载作动器活塞杆质量

-待测作动器活塞杆质量

m-惯性负载

-加载作动器有效面积

-待测作动器有效面积

-加载作动器油液体积

-待测作动器油液体积

K-链接刚度

-力传感器刚度

-待测作动器伺服阀增益

-加载作动器伺服阀增益

-油液弹性模量

-伺服阀流量系数

-伺服阀P-Q系数

C-舵机泄漏系数

2.控制系统设计

2.1结构不变性原理

结构不变性原理[3]的基本控制框图介绍

图2 结构不变性原理

其中d为干扰输入, 为前馈补偿环节,由图2可见,为了消除干扰输入为了消除干扰输入d对系统输出的影响,理论上只需设计前馈补偿器[3]

(9)

本文中前馈补偿器输入信号的引入采用的是对舵机位移输出进行微分即速度前馈补偿.

由图2以及公式(9)可得出前馈控制器的设计应满足

(10)

则理论上可以完全消除多余力干扰,但补偿器的阶次较高,实际设计中,只能补偿到位置反馈的微分项,高阶项将被忽略.

3.仿真分析及比较

图3 PID控制和PID结合速度前馈控制比较

可以看出PID结合前馈控制的方法相对于传统PID控制进一步的抑制了多余力,同样输入的情况下多余力的数值从200N下降到20N.


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4.结论

4.1采用PID结合前馈控制的方法可以大幅度的抑制多余力,控制精度及动态性能得到进一步的提高.

4.2但是前馈补偿控制由于受到结构限制,只能补偿到位置反馈的微分项.

参考文献:

[1]张伟 电液负载模拟器控制方法研究[J],硕士学位论文,西北工业大学2007.3

[2]李瑞,电动负载模拟器的控制系统研究[D], 硕士学位论文,中北大学,2013

[3]冯宇晨,结构不变性补偿原理在电液伺服舵机控制中的应用[J], 船海工程,2009,38(1),29~32

[4]江桂云, 王勇勤, 严兴春,液压伺服阀控缸动态特性数学建模及仿真分析[J], 四川大学学报2008, 40(5), 196~198.

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