基于液壓數(shù)字同步閥的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)PPT課件

基于液壓數(shù)字同步閥的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),謝斌2013年9月11日,本課題研究的依據(jù)：,數(shù)字控制閥是一種新型的機(jī)電一體化的原件，它的最大特點(diǎn)是能適應(yīng)計(jì)算機(jī)控制的需要，直接用數(shù)字量來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，省區(qū)了一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中必備D/A轉(zhuǎn)換器。另外數(shù)字閥還具有較高的抗污能力，這就為開(kāi)發(fā)一種用于同步高精度位置控制系統(tǒng)的新型同步閥提供了基礎(chǔ)。用最優(yōu)控制理論、自適控制理論和智能控制理論來(lái)設(shè)計(jì)控制策論和各式各樣的控制器用于實(shí)際工業(yè)控制，像PI與PID優(yōu)化調(diào)節(jié)器，模型跟蹤自適控制器（AMFC），自適應(yīng)學(xué)習(xí)控制器，模糊學(xué)習(xí)控制器和基于逆轉(zhuǎn)傳遞函數(shù)矩陣辨識(shí)的控制器等。,本課題研究的意義：,本設(shè)計(jì)準(zhǔn)備采用基于液壓數(shù)字閥同步閥的位置同步控制方案，以新型同步控制元件，即數(shù)字同步閥直接進(jìn)行數(shù)字控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分流精度高，抗干擾和抗污染能力強(qiáng)；另外準(zhǔn)備以立式單作用液壓同步系統(tǒng)為例，運(yùn)用FUZZY-PID控制理論研究設(shè)計(jì)出具有工程使用價(jià)值的高精度液壓位置同步控制系統(tǒng)，為發(fā)展液壓位置同步向高精度、數(shù)字化、自動(dòng)化方向作出有益的嘗試。應(yīng)用領(lǐng)域：1、液壓折彎?rùn)C(jī)2、汽車(chē)縱梁液壓機(jī)3、工作平臺(tái)的頂升和下降以及大型設(shè)備提升。,本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,主要集中在新型控制元件和控制策略上研究1、1972年國(guó)外學(xué)者提出在常規(guī)同步閥基礎(chǔ)上佩帶上一旁路泄油口結(jié)構(gòu)的分流閥。2、于1979設(shè)計(jì)出一種借助機(jī)械反饋連接兩級(jí)分流閥，提高了同步精度，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜；之后又對(duì)常規(guī)閥的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析，提出影響同步精度的諸多因素。國(guó)內(nèi)于1987年提出分/集流閥的靜態(tài)優(yōu)化思想對(duì)常規(guī)閥進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。1989年研制出一種“分流量檢驗(yàn)誤差反饋先導(dǎo)控制”同步閥。,常用同步閥：,1、傳統(tǒng)閥：節(jié)流閥、流量閥。要求結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)。2、常規(guī)同步閥：只能分配流量不能調(diào)節(jié)流量。3、電液伺服閥：結(jié)構(gòu)負(fù)載，造價(jià)高和抗污能力差（較高的響應(yīng)速度和同步精度高）。4、電液比例閥：適用于系統(tǒng)頻率適中的主機(jī)上。,研究框架：,1、建立基于數(shù)字同步閥雙缸同步系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)閥控缸數(shù)學(xué)模型及分析特點(diǎn)。2、進(jìn)行雙缸同步控制系統(tǒng)控制方法的選擇和控制算法的設(shè)計(jì)。3、完成包括以包括AT89C51為核心的智能控制器、步進(jìn)電機(jī)的控制與驅(qū)動(dòng)為主要內(nèi)容的雙缸同步控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)。4、給出FUZZY-PID控制算法在單片機(jī)中的實(shí)現(xiàn)，完成控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。5、通過(guò)數(shù)字仿真，分析研究控制系統(tǒng)在無(wú)差、有差及偏載等情況下的控制性能。,研究的目標(biāo)：,基于目前液壓位置同步控制應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展方向，提出基于數(shù)字閥同步控制方案，直接進(jìn)行數(shù)字控制。1、達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分流精度高、抗干擾和抗污染能力強(qiáng)；2、推動(dòng)液壓同步控制向著高精度、自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化的方向作有益的設(shè)計(jì)嘗試。,研究過(guò)程：,1、由于液壓同步位置控制多應(yīng)用于航天設(shè)備、金屬加工成型、冶金設(shè)備、工程機(jī)械上，第一步深入各機(jī)械設(shè)備企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，收集關(guān)于液壓同步位置控制的資料，了解各同步控制的類(lèi)型，特點(diǎn)和應(yīng)用中出現(xiàn)的各種情況。2、以新型數(shù)字液壓同步閥為同步控制元件，引入梭閥控制工作機(jī)制，探討給予該閥的雙缸同步開(kāi)環(huán)控制特點(diǎn)，建立開(kāi)環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，分析系統(tǒng)控制特點(diǎn)，為系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)提供依據(jù)。3、在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的分析基礎(chǔ)上建立閉環(huán)控制的理論基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。4、探討模糊PID控制在雙缸同步系統(tǒng)控制中應(yīng)用，完成雙缸同步算法的設(shè)計(jì)。5、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)包括：智能控制器、步進(jìn)電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)等，形成具有工程使用價(jià)值的硬件系統(tǒng)。6、結(jié)合數(shù)字同步控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，提出系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想，編制出系統(tǒng)匯編程序。7、建立基于數(shù)字同步閥雙缸同步系統(tǒng)在采用FUZZY-PID控制器形成閉環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型。對(duì)雙缸閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。主要對(duì)系統(tǒng)無(wú)差、有差和偏載等情況下的性能仿真，分析所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)性能。,雙缸同步閉環(huán)系統(tǒng)組成,突破的重點(diǎn)和難點(diǎn)：,1、雙缸液壓同步開(kāi)環(huán)系統(tǒng)為高階系統(tǒng)，存在壓力耦合及“重力干擾”現(xiàn)象。在工作過(guò)程中出現(xiàn)干擾或液壓缸偏載時(shí)，是不能自衡的，雙缸位置誤差出現(xiàn)震蕩。因此必須設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)并選擇合理的控制策略和算法，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。2、機(jī)液伺服閥組成的系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)電氣控制和計(jì)算機(jī)控制，機(jī)械反饋裝置誤差大、同步精度低。3、電液伺服閥組成的閉環(huán)系統(tǒng)，由于電液伺服閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高和抗污能力差而受到限制。4、目前使用的電氣控制和計(jì)算機(jī)控制液壓位置同步系統(tǒng)，均要求結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)安裝，有嚴(yán)格的匹配關(guān)系，導(dǎo)致不同元件的性能差異將會(huì)影響同步精度，元件多、造價(jià)高。負(fù)載偏載時(shí)由控制元件進(jìn)行流量補(bǔ)償能力差，同步精度普遍下降。,主要?jiǎng)?chuàng)新之處：,1、作為液壓同步元件，在數(shù)字同步閥引入梭閥工作機(jī)制，提高靜態(tài)特性。2、模糊PID算法是一種基于規(guī)則及控制器自身行為為整定參數(shù)的PID控制算法。此算法不依賴(lài)于數(shù)學(xué)模型，具有較強(qiáng)的自適能力。用于液壓同步控制系統(tǒng)是合理、有效的。3、智能控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠。AD1674的使用能保證雙缸位置精度；“看門(mén)狗”