基于模糊PID轴系摇摆台电液控制系统动态仿真研究

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在现代船舶及水上飞机等运输装备研发过程中,需要对其主要设备样机进行多次水面测试试验,这样既造成了大量人力、物力和财力的浪费,又延长了研制周期。为了节省经费而又能缩短研制时间,有必要设计出一台技术性能优良、控制精度高、结构刚性大且便于控制的轴系摇摆台。该摇摆台能在摇摆条件下,采用电液控制系统完成摇摆台在不同工况下的动态加载模拟试验。  同时,随着国内外液压技术水平的不断提高,摇摆台的动态响应特性越来越受到人们的重视,例如,提高摇摆台液压系统的控制精度、减小液压冲击、改善系统的动态品质等。因此,本文设计了轴系摇摆台电液控制系统,并制定了相应的控制策略,对系统的动态特性进行了仿真研究。具体研究内容及成果如下:  (1)说明了本课题的研究背景、目的及意义;并对国内外摇摆台的结构类型、液压建模与仿真技术以及模糊PID控制的发展现状及最新成果进行了综述;在此基础上,明确了本文的主要工作内容。  (2)在明确轴系摇摆台对电液控制系统的设计参数与技术要求的基础上,完成了轴系摇摆台电液控制系统原理设计;然后,对系统的负载特性进行了分析;并依据系统的技术指标,对系统主要液压元件进行了选型计算。  (3)建立了轴系摇摆台电液控制系统的传递函数,并利用MATLAB软件对系统性能进行研究。结果表明系统是稳定的,但是相位裕度过大。同时,系统响应速度较慢,应采取合适的控制策略给予校正。  (4)采用AMEsim软件建立了系统主要液压元件的仿真模型,并将仿真结果与元件性能参数进行了对比验证。结果表明:所建立的仿真模型正确合理;在此基础上,对各元件仿真模型进行整理综合得出了轴系摇摆台电液控制系统的总体仿真模型,并对影响系统动态特性的主要因素进行了深入探讨。该研究成果可为轴系摇摆台的设计与应用提供理论基础和设计依据。  (5)对轴系摇摆台电液控制系统的控制策略进行了研究。首先介绍了常规PID控制器及模糊PID控制器的特点;并分析了上述两类控制器算法的基本原理,设计出了各算法的控制规则;然后,在MATLAB/simulink软件环境中完成了系统模糊 PID控制器的设计;此外,结合系统传递函数,对系统进行了常规PID控制和模糊PID控制的仿真研究。结果表明模糊PID控制系统的控制效果优于常规PID控制,不仅能有效提高系统响应速度,而且能增强系统抗干扰的能力。
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