二次调节加载试验台补偿控制与仿真.doc

前言 随着时代的进步，科技的发展，人们对各种加载系统的性能的要求越来越高，传统的加载系统存在诸多缺点，比如：效率较低、成本过高、不宜实现自动控制、不适宜动态模拟试验等。为了弥补传统的加载系统各方面的缺点，我们对加载系统应用了二次调节技术，充分发挥了计算机控制的优越性，实现了能量的回收利用，提高了系统的效率等。因此，由于这些原因，我们对二次调节加载试验台进行了研究，通过了解其性能等各方面的优越性，使其应用在实际的生活和生产中，可以说，此项研究具有重要的理论意义和实际意义。 本文研究的二次调节加载试验台属于大型复杂的电液伺服系统，为了采用适当的控制理论对其进行仿真分析，因此，在建立其精确的数学模型的同时，我们对其数学模型进行了简化。也正是这样，系统数学模型的近似性、系统本身存在的非线性因素和外界对系统的干扰等因素，（即此加载试验台中广泛存在的不确定性）对整个加载试验台的动态性能产生了很大的影响。随着科技的发展，应用传统的控制理论很难使本二次调节加载试验台的性能控制在人们所期望的理想状态下，因此，我们寻找出了一种先进的控制理论，以能够使本加载试验台获得很强的鲁棒性，即鲁棒控制理论。本文针对此二次调节加载试验台设计出了相应的动态鲁棒补偿器，对此加载试验台进行了动态补偿，最终应用Matlab软件进行了仿真分析，以得到动态性能良好的二次调节加载试验台。 1 绪论 1.1 研究目的和意义 随着科学技术的不断发展，对于加载系统的各项要求也越来越高，如在能量回收利用、系统效率、数字控制的可靠性、系统的动态性能以及经济效益等诸多方面都面临着更高层次的要求。传统的加载系统：开放式加载系统，其致命弱点是需要大功率动力，能量无法回收利用，效率低，实验成本相对较高；机械封闭式加载系统，虽然对动力消耗有所降低，但其不易实现自动控制，不适宜用于动态模拟加载实验；液压封闭式加载系统，系统效率高，系统加载过程中形成的动载影响，基本被限制在液压系统内部，因此对电网冲击很小。为了使加载系统能够更充分利用计算机控制的优越性，使加载参数的调节非常灵活方便，且系统的静、动态性能良好，可对各种复杂工况进行模拟，因此，基于二次调节技术的加载系统是十分理想的。 由于二次调节加载系统数学模型的不同，其控制策略也不尽相同。对于二次调节加载系统这种大型复杂的电液伺服系统，往往存在很强的非线性、时变不确定性和耦合干扰等因素，因此可以说模型的不确定性在系统中广泛存在。随着现代科学技术和生产技术的发展，人们对控制系统的性能要求越来越高，基于数学模型的传统控制理论面临着新的挑战，遇到了难以克服的矛盾。由于数学模型的近似性和不确定性，非线性对系统的效应、测量的不准确性、控制系统本身的参数变化等，人们在设计控制系统时，只能在近似和简化的基础上进行。但系统是否具有良好的动态性能,并对模型、初值、测量噪声等不确定因素具有稳健性，人们很难确定。因此针对当系统数学模型存在不确定性因素（包括外部干扰和未建模动态）时，采用普通的控制方法，很难保证系统始终保持在所希望的控制性能上，必须研究某种先进的控制方法，使系统获得很强的鲁棒性。所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性。2 二次调节技术的研究发展与应用 1.2.1 国内外二次调节技术研究发展概况 二次调节技术是20世纪70年代末80年代初开始发展起来的一种新型静液传动技术，近年来越来越受到人们的重视，它在诸如大型加载试验台、车辆传动、造船工业、钢铁工业等许多领域获得了广泛的应用，并表现出许多独特的优点。由于这项技术的成功利用，使得液压技术向前推进了一大步。 二次调节技术起源于德国，从事这项技术的研究也主要限于德国。1977年，西德国防大学的H.W.Nikolaus教授首先提出二次调节静液传动的概念。1980年，W.Backe教授和H.Murrenhoff先生开始利用单出杆变量油缸的二次元件进行液压直接转速控制的二次调节系统的研究。1981年，H.W.Nikolaus教授采用双出杆变量油缸的二次元件进行液压直接转速控制的二次调节系统的研究。在这种液压直接转速控制的二次调节系统中，用测速泵来作为二次元件输出转速的检测和反馈元件。由于测速泵的最小感知转速较高，当所要求的转速低于最小感知转速时，不能真实地检测转速值。因此，这种系统的调速范围比较小，最低工作转速也比较高。1982年开始研究液压先导控制二次调节系统，其中有机液位移反馈调速和机液力反馈调速两种调速形式。从1983年开始研究电液转速控制的二次调节系统和电液转角控制的二次调节系统。在电液控制系统中，用测速电机作为二次元件输出转速的检测和反馈元件，它的最小感知转速低，系统的调速范围大，消耗的能量少，系统的效率高。此后又有一系列关于对二次调节系统的研究，其中有对单反馈和双