基于液压数字同步阀的智能控制系统设计教材课程.ppt

基于液压数字同步阀的智能控制系统设计 谢斌 2013年9月11日 本课题研究的依据： 数字控制阀是一种新型的机电一体化的原件，它的最大特点是能适应计算机控制的需要，直接用数字量来实现实时控制，省区了一般计算机控制系统中必备D/A转换器。另外数字阀还具有较高的抗污能力，这就为开发一种用于同步高精度位置控制系统的新型同步阀提供了基础。 用最优控制理论、自适控制理论和智能控制理论来设计控制策论和各式各样的控制器用于实际工业控制，像PI与PID优化调节器，模型跟踪自适控制器（AMFC），自适应学习控制器，模糊学习控制器和基于逆转传递函数矩阵辨识的控制器等。 本课题研究的意义： 本设计准备采用基于液压数字阀同步阀的位置同步控制方案，以新型同步控制元件，即数字同步阀直接进行数字控制，结构简单、分流精度高，抗干扰和抗污染能力强；另外准备以立式单作用液压同步系统为例，运用FUZZY-PID控制理论研究设计出具有工程使用价值的高精度液压位置同步控制系统，为发展液压位置同步向高精度、数字化、自动化方向作出有益的尝试。 应用领域：1、液压折弯机 2、汽车纵梁液压机 3、工作平台的顶升和下降以及大型设备提升。 本课题国内外研究现状 主要集中在新型控制元件和控制策略上研究 1、1972年国外学者提出在常规同步阀基础上佩带上一旁路泄油口结构的分流阀。 2、于1979设计出一种借助机械反馈连接两级分流阀，提高了同步精度，但结构复杂；之后又对常规阀的静态、动态进行了分析，提出影响同步精度的诸多因素。 国内于1987年提出分/集流阀的静态优化思想对常规阀进行了优化设计。 1989年研制出一种“分流量检验——误差反馈——先导控制”同步阀。 常用同步阀： 1、传统阀：节流阀、流量阀。要求结构完全对称。 2、常规同步阀：只能分配流量不能调节流量。 3、电液伺服阀：结构负载，造价高和抗污能力差（较高的响应速度和同步精度高）。 4、电液比例阀：适用于系统频率适中的主机上。 研究框架： 1、建立基于数字同步阀双缸同步系统的开环阀控缸数学模型及分析特点。 2、进行双缸同步控制系统控制方法的选择和控制算法的设计。 3、完成包括以包括AT89C51为核心的智能控制器、步进电机的控制与驱动为主要内容的双缸同步控制系统硬件部分的设计。 4、给出FUZZY-PID控制算法在单片机中的实现，完成控制系统软件设计。 5、通过数字仿真，分析研究控制系统在无差、有差及偏载等情况下的控制性能。 研究的目标： 基于目前液压位置同步控制应用现状和发展方向，提出基于数字阀同步控制方案，直接进行数字控制。 1、达到结构简单、分流精度高、抗干扰和抗污染能力强； 2、推动液压同步控制向着高精度、自动化、智能化、数字化的方向作有益的设计尝试。 研究过程： 1、由于液压同步位置控制多应用于航天设备、金属加工成型、冶金设备、工程机械上，第一步深入各机械设备企业进行调研，收集关于液压同步位置控制的资料，了解各同步控制的类型，特点和应用中出现的各种情况。 2、以新型数字液压同步阀为同步控制元件，引入梭阀控制工作机制，探讨给予该阀的双缸同步开环控制特点，建立开环系统数学模型，分析系统控制特点，为系统硬软件设计提供依据。 3、在开环控制系统数学模型的分析基础上建立闭环控制的理论基础，实现闭环控制。 4、探讨模糊PID控制在双缸同步系统控制中应用，完成双缸同步算法的设计。 5、控制系统的硬件设计，重点包括：智能控制器、步进电机控制和驱动等，形成具有工程使用价值的硬件系统。 6、结合数字同步控制系统的硬件设计，提出系统软件设计思想，编制出系统汇编程序。 7、建立基于数字同步阀双缸同步系统在采用FUZZY-PID控制器形成闭环系统的状态空间数学模型。对双缸闭环控制系统进行稳定性分析。主要对系统无差、有差和偏载等情况下的性能仿真，分析所设计的控制系统性能。 突破的重点和难点： 1、双缸液压同步开环系统为高阶系统，存在压力耦合及“重力干扰”现象。在工作过程中出现干扰或液压缸偏载时，是不能自衡的，双缸位置误差出现震荡。因此必须设计控制系统并选择合理的控制策略和算法，实现闭环控制。 2、机液伺服阀组成的系统，不能实现电气控制和计算机控制，机械反馈装置误差大、同步精度低。 3、电液伺服阀组成的闭环系统，由于电液伺服阀结构复杂、造价高和抗污能力差而受到限制。 4、目前使用的电气控制和计算机控制液压位置同步系统，均要求结构对称安装，有严格的匹配关系，导致不同元件的性能差异将会影响同步精度，元件多、造价高。负载偏载时由控制元件进行流量补偿能力差，同步精度普遍下降。 主要创新之处： 1、作为液压同步元件，在数字同步阀引入梭阀工作机制，