發(fā)布時間：2020-11-19 18:08

　　 在機車輪對反壓試驗中,反壓壓力的恒定對檢測輪對裝配質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。反壓壓力穩(wěn)定是通過比例溢流閥控制,然而比例溢流閥存在滯環(huán)、非線性、時變性等特點且容易受外界干擾,導致在實際反壓過程中出現(xiàn)頻繁且劇烈的壓力波動。故本文旨在研究一種高精度、高穩(wěn)定性的控制策略,抑制各種干擾保證反壓試驗的可靠性。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)概述國內(nèi)外摩擦補償方法和電液系統(tǒng)控制策略研究現(xiàn)狀及其優(yōu)缺點。分析各摩擦模型優(yōu)劣,確定使用LuGre模型。闡述模糊控制基本原理,建立先導閥、主閥、油缸等數(shù)學模型,推導反壓試驗控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)。(2)針對比例電磁鐵摩擦力因素導致的滯環(huán)特性,提出利用LuGre模型摩擦補償方法。分析模型各參數(shù)意義,提出參數(shù)辨識方法并在Simulink中建立摩擦力模型。構(gòu)建比例溢流閥AMESim模型,通過AMESim/Simulink聯(lián)合仿真,驗證LuGre模型摩擦補償效果。經(jīng)摩擦補償后,閥芯響應(yīng)更快,跟蹤效果好,滯環(huán)率降低至0.8%。(3)提出摩擦前饋補償變論域模糊PID控制策略。結(jié)合PID結(jié)構(gòu)簡單和模糊控制可動態(tài)調(diào)節(jié)參數(shù)的優(yōu)勢,設(shè)計模糊PID。但是,當誤差在零附近時該算法控制精度令人不滿意。故引入變論域的思想,根據(jù)誤差大小改變論域,彌補控制精度不高的短板。仿真結(jié)果表明,變論域模糊PID控制可以有效降低超調(diào),緩解振蕩,但響應(yīng)時間未明顯提升。最終提出前饋與反饋復合控制策略,首先摩擦前饋補償減小滯環(huán),提高控制電壓—壓力特性曲線線性度,減少調(diào)節(jié)次數(shù)。再結(jié)合變論域模糊PID控制,抑制外界干擾。通過仿真驗證算法有效性,響應(yīng)時間縮短22.2%,并且在施加干擾,阻尼與頻率變化時系統(tǒng)均可自適應(yīng)調(diào)節(jié),魯棒性好。(4)以輪對檢壓機硬件為根本,在原有控制程序基礎(chǔ)上,編寫本文控制策略程序。首先,通過實驗驗證摩擦補償效果,滯環(huán)率大幅下降,相比未補償前在同一控制電壓下,最大壓力差由0.52MPa降至0.14MPa。其次,將控制策略應(yīng)用于輪對實際反壓試驗中,該策略能有效應(yīng)對外界干擾,壓力基本保持恒定,驗證了算法有效性與可靠性。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH137.52
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 論文研究背景
    1.2 摩擦補償研究現(xiàn)狀
    1.3 電液控制系統(tǒng)控制策略研究現(xiàn)狀
    1.4 論文研究的目的意義及主要內(nèi)容
        1.4.1 論文研究的目的意義
        1.4.2 論文研究的主要內(nèi)容
第2章 比例溢流閥保壓控制策略理論與系統(tǒng)建模
    2.1 摩擦力分析及摩擦模型選擇
        2.1.1 比例溢流閥滯環(huán)產(chǎn)生原因
        2.1.2 摩擦模型的選擇
    2.2 PID控制基本理論
    2.3 模糊控制基本理論
        2.3.1 模糊集合與隸屬度函數(shù)
        2.3.2 模糊規(guī)則與模糊推理
        2.3.3 模糊控制結(jié)構(gòu)
        2.3.4 輪對檢壓機模糊控制系統(tǒng)
    2.4 比例溢流閥保壓控制系統(tǒng)建模
        2.4.1 比例放大器數(shù)學模型
        2.4.2 比例電磁鐵數(shù)學模型
        2.4.3 先導閥數(shù)學模型
        2.4.4 比例溢流閥主閥數(shù)學模型
        2.4.5 輪對檢壓機反壓試驗控制系統(tǒng)傳遞框圖
    2.5 本章小結(jié)
第3章 比例溢流閥摩擦力分析及摩擦補償
    3.1 比例電磁鐵摩擦力測量方案
    3.2 LuGre模型參數(shù)辨識
        3.2.1 靜態(tài)參數(shù)辨識
        3.2.2 動態(tài)參數(shù)辨識
    3.3 摩擦力模型構(gòu)建及Simulink仿真
    3.4 摩擦補償仿真分析
        3.4.1 AMESim仿真模型建立
        3.4.2 基于LuGre模型的摩擦補償器聯(lián)合仿真建模
        3.4.3 摩擦補償仿真對比分析
    3.5 小結(jié)
第4章 摩擦前饋補償變論域模糊PID控制策略研究
    4.1 模糊PID控制策略
        4.1.1 模糊PID控制器結(jié)構(gòu)
        4.1.2 模糊PID控制器設(shè)計
    4.2 變論域模糊PID控制策略
        4.2.1 變論域模糊控制器原理
        4.2.2 變論域的伸縮因子
        4.2.3 變論域模糊PID控制的結(jié)構(gòu)
        4.2.4 模糊控制規(guī)則設(shè)計
        4.2.5 模糊清晰化
        4.2.6 MATLAB/Simulink仿真分析
    4.3 摩擦前饋補償變論域模糊PID控制策略研究
        4.3.1 摩擦前饋補償變論域模糊PID控制器結(jié)構(gòu)
        4.3.2 控制策略仿真分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 輪對檢壓機反壓試驗研究
    5.1 輪對檢壓機試驗平臺
        5.1.1 試驗平臺控制結(jié)構(gòu)
        5.1.2 試驗平臺液壓原理圖
        5.1.3 試驗平臺硬件組成
        5.1.4 試驗平臺軟件設(shè)計
    5.2 驗證摩擦補償滯環(huán)改善試驗
        5.2.1 試驗方案設(shè)計
        5.2.2 實驗步驟及數(shù)據(jù)處理
    5.3 摩擦前饋補償VFPID保壓控制效果試驗
        5.3.1 階躍力響應(yīng)試驗
        5.3.2 保壓階段實時控制試驗
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 研究展望
致謝
參考文獻
附錄A 攻讀碩士期間取得的科研成果
附錄B 攻讀碩士期間參與的科研項目

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本文編號：2890304