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

基于液壓數(shù)字同步閥的智能控制系統(tǒng)設(shè)計,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電一體化的原件，它的最大特點是能適應(yīng)計算機控制的需要，直接用數(shù)字量來實現(xiàn)實時控制，省區(qū)了一般計算機控制系統(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設(shè)計控制策論和各式各樣的控制器用于實際工業(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)矩陣辨識的控制器等。,本課題研究的意義：,本設(shè)計準備采用基于液壓數(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)字同步閥直接進行數(shù)字控制，結(jié)構(gòu)簡單、分流精度高，抗干擾和抗污染能力強；另外準備以立式單作用液壓同步系統(tǒng)為例，運用FUZZY-PID控制理論研究設(shè)計出具有工程使用價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、自動化方向作出有益的嘗試。應(yīng)用領(lǐng)域：1、液壓折彎機2、汽車縱梁液壓機3、工作平臺的頂升和下降以及大型設(shè)備提升。,本課題國內(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)計出一種借助機械反饋連接兩級分流閥，提高了同步精度，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜；之后又對常規(guī)閥的靜態(tài)、動態(tài)進行了分析，提出影響同步精度的諸多因素。國內(nèi)于1987年提出分/集流閥的靜態(tài)優(yōu)化思想對常規(guī)閥進行了優(yōu)化設(shè)計。1989年研制出一種“分流量檢驗誤差反饋先導(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)完全對稱。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)負載，造價高和抗污能力差（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)的開環(huán)閥控缸數(shù)學(xué)模型及分析特點。2、進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。3、完成包括以包括AT89C51為核心的智能控制器、步進電機的控制與驅(qū)動為主要內(nèi)容的雙缸同步控制系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計。4、給出FUZZY-PID控制算法在單片機中的實現(xiàn)，完成控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。5、通過數(shù)字仿真，分析研究控制系統(tǒng)在無差、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，直接進行數(shù)字控制。1、達到結(jié)構(gòu)簡單、分流精度高、抗干擾和抗污染能力強；2、推動液壓同步控制向著高精度、自動化、智能化、數(shù)字化的方向作有益的設(shè)計嘗試。,研究過程：,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、工程機械上，第一步深入各機械設(shè)備企業(yè)進行調(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型，特點和應(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制，探討給予該閥的雙缸同步開環(huán)控制特點，建立開環(huán)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，分析系統(tǒng)控制特點，為系統(tǒng)硬軟件設(shè)計提供依據(jù)。3、在開環(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。5、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，重點包括：智能控制器、步進電機控制和驅(qū)動等，形成具有工程使用價值的硬件系統(tǒng)。6、結(jié)合數(shù)字同步控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，提出系統(tǒng)軟件設(shè)計思想，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。對雙缸閉環(huán)控制系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析。主要對系統(tǒng)無差、有差和偏載等情況下的性能仿真，分析所設(shè)計的控制系統(tǒng)性能。,雙缸同步閉環(huán)系統(tǒng)組成,突破的重點和難點：,1、雙缸液壓同步開環(huán)系統(tǒng)為高階系統(tǒng)，存在壓力耦合及“重力干擾”現(xiàn)象。在工作過程中出現(xiàn)干擾或液壓缸偏載時，是不能自衡的，雙缸位置誤差出現(xiàn)震蕩。因此必須設(shè)計控制系統(tǒng)并選擇合理的控制策略和算法，實現(xiàn)閉環(huán)控制。2、機液伺服閥組成的系統(tǒng)，不能實現(xiàn)電氣控制和計算機控制，機械反饋裝置誤差大、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、造價高和抗污能力差而受到限制。4、目前使用的電氣控制和計算機控制液壓位置同步系統(tǒng)，均要求結(jié)構(gòu)對稱安裝，有嚴格的匹配關(guān)系，導(dǎo)致不同元件的性能差異將會影響同步精度，元件多、造價高。負載偏載時由控制元件進行流量補償能力差，同步精度普遍下降。,主要創(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。此算法不依賴于數(shù)學(xué)模型，具有較強的自適能力。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)簡單、性能可靠。AD1674的使用能保證雙缸位置精度；“看門狗”