控制大作业.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.1,背景和意义,在液压传动系统中，同步控制要求非常普遍。但是，由于液压系统的液体压缩、泄漏，负载的不均匀，摩擦阻力的差异等特点，尤其是在外载力较大和外载力不断变化及设备运动行程较大等因素的影响下，实现多个液压缸较高精度有很大困难。,目前在一些复杂的控制系统中不管是采用经典控制方法还是采用解耦控制方法，都要求建立对象的精确数学模型。而当这些模型不精确或是具有非线性、时变等特性时，它的控制效果就很难满足要求。对于这些问题的解决，通常采用自适应控制技术或者智能控制方法，它们能对一些复杂的对象进行满意的控制。调平系统就是因为它的强耦合性和强非线性，很难建立一个精确的数学模型。到目前为止很多研究人员都提出了自己的控制模型和控制方法。目前调平控制主要向智能控制的方向发展，解决由于平台非刚性形变使调平精度提高困难的问题。研究平台调平控制系统的传递函数、控制算法、控制器的设计及系统的实际性能分析具有一定的理论意义。,2.1,调平方法,纵观国内外平台的调平系统，其形式是多种多样的。按支承结构方式分有三点支承调平、四点支承调平和六点支承调平；按自动化程度分有手动调平和自动调平,;,按执行机构分有机电式和电液式；其中三点支承调平大多采用手动调平，而四点、六点都采用自动控制。上世纪八十年代以前一般用三点支承、手动调平。随着计算机技术和控制技术的发展，目前应用微机控制已经非常普遍，一般使用单片机或,PLC,作为控制中心，以液压元件或机电元件作为执行机构。四点支承的电液调平系统，比如用在导弹发射车平台的调平系统和车载雷达的调平系统，都是用微机,(,单片机或,PLC),来控制整个电液系统；而静力压桩机一般都是四点支承，其工作平台重达上百吨，调平系统采用电液伺服控制或电液比例控制。,2.2,位置误差调平法,1,、追逐式调平方法（最高点不动）,平台经过预支承后，一般不是水平的，因此，在有倾角的情况下，平台肯定会有一个最高点。“最高点”调平方法就是在调平时，保持最高点不动，其它支承点向上运动与之对齐，当各点达到最高点位置时平台即处于水平状态。追逐式调平方法的大致调平过程如下图。,（,1,）最高点的确定,为了便于建立基本的控制模型，首先我们对调平平台作如下简化假设：,调平平台为刚性，即调平平台不存在任何形变；,调平支腿在上下运动过程中无行程间隙；,认为四调平支腿均已着地，即不存在“虚腿”问题，且地面有足够的硬度承载重量，即不会产生地面沉降现象。,此时调平系统退变为纯刚性系统，系统的初始状态和终了状态均为可测。对于这样的纯刚性系统，系统模型可简化为一个关于初始状态和终了状态的纯几何关系模型，在一个并联机构中，对应于平台的每一个姿态，四腿都有唯一的一组腿长。,下图为平台的倾斜示意图，其中面,1234,为倾斜的平台平面，面,1234,为水平状态时平台平面。,若所示平台倾斜示意图中的、为正，则可得到以下结论：,当时，,1,点为最高点；,当时，,2,点为最高点；,当时，,3,点为最高点；,当时，,4,点为最高点。,2.3,无“虚腿”的条件及“虚腿”问题的解决,讨论四点式液压刚性平台的受力情况，设调平平台的所有负载等效为重量,G,，作用位置如图所示，四个液压垂直油缸的作用力为,F,1,F,4,。平台的静平衡方程如下：,载荷示意图,其中,k,1,、,k,2,满足：,k,1,，,k,2,。,4,、液压传动装置能很方便地实现直线运动和回转运动，液压元件的排列和布置也具有很大的机动灵活性。在液压传动装置中，出于功率损失等原因所产生的热量可由流动着的油液带走，因此，可以避免在系统某些局部部位产生过度温升现象。,液压传动的主要缺点为：,1,、液压传动装置以液体为工作介质，无法避免泄漏。,2,、不宜作远距离传动。,3,、不宜在低温及高温条件下工作。,4,、液压传动装置出现故障时不易追查原因、迅速排除。,2.5,控制器的选择,1,、工程机械通用控制器：,目前，通用运动控制器种类主要包括,PC-Based,运动控制器和,PLC-Based,运动控制器两种。,PC-Based,运动控制器以,PC,机为控制平台，具有开放性、互换性、可扩展性、软硬件资源的丰富性等优点，但这类控制器体积太大，无法满足工程机械这类车载系统的有限安装空间的约束，且在防振、防尘、防水、耐高温等方面均不能达到工程机械车载系统的要求。而,PLC-Based,运动控制器以,PLC,为控制平台，具有体积小、可靠性高、通用性强、开发周期短等优点，是从传统继电器控制演化而来的，它采用顺序循环扫描方式工作，一次循环的顺序依次为：扫描输入更新输入缓冲区进行运算和处理更新输出缓冲区输出驱动，该运行特性非常适合于顺序和离散控制领域，而在工程机械运动控制领域通常需要控制若干并行过程、进行运动规划等，,PLC,难以满足这些要求。因此，在工程机械领域主流的运动控制器为工程机械专用控制器。该类控制器除具备常规运动控制器必须具备的功能外，还具有对工程机械行业较强的针对性和专用性。,2,、,PLC,PLC,用于工业控制，稳定可靠，抗干扰能力强，使用方便，结合本系统的技术要求，本系统选用,PLC,作为控制核心。,可编程逻辑控制器（,Programmable Logic Controller,），简称,PLC,，是以计算机技术为基础的新型工业控制装置。起初它主要用来代替继电器实现逻辑控制，随着电子技术和计算机技术的发展，微机技术被应用到,PLC,中，使得,PLC,不仅具有逻辑控制的功能，而且还增加了运算、数据传送和处理等功能，成为具有计算机功能的工业控制装置，目前己经广泛应用在复杂的自动化生产和控制行业中。,3.1,系统的设计原则,1,安全可靠；,2,易操作性；,3,可维护性；,4,通用性好。,3.1.1,系统组成,本系统主要由检测部分、控制部分、通信部分和执行部分等四大部分组成，调平控制系统原理图如下图：,液压调平系统原理图,3.1.2,系统工作原理,3.2,液压系统设计,3.2.1,静态设计,所需要设计的系统参数如下所示：,（,1,）,4,个支撑缸，每个液压缸有效行程,0.5m,；,（,2,）每个液压缸额定载荷,200kN,；,（,3,）每个液压缸额定载荷时最大速度,0.02m/s,；,（,4,）空载时每个液压缸独立运动最大速度为,0.2m/s,。,1,、进行动力学分析并绘制负载轨迹图,根据系统提供的设计参数，可知系统没有弹性负载，是一个惯性位置控制系统。系统的额定负载已经给定为,200kN,，不考虑其他外部负载的影响。则可以绘制出系统的负载轨迹如图所示。,2,、液压缸参数的确定与计算,系统供油压力,由于设计要求的系统单个液压缸额定负载为,200kN,，为重型液压支架负载，根据查询液压设计手册可选取当系统承受最大载荷的时候，系统的压力适宜取为,=21MPa,。所以首先按照负载匹配确定液压动力元件的参数。,负载压力和液压缸背压,根据负载最佳匹配条件可取负载压力,MPa,；调平状态时取系统的背压,=0.5MPa,。,调平行程,S,虽然液压缸的有效行程为,0.5m,，但是前面很大一部分行程是处于空载快进状态，而调平的行程很小。这里综合考虑各方面的因素我们取调平的行程为,100mm,。,液压缸主要结构参数,鉴于系统平台需要上升和下降，因此需要选用双作用液压缸。由于电液伺服阀对系统进行精确调平时候只是控制液压缸的上升单行程，因此考虑到安装方便和成本，非对称缸即可满足系统的控制要求。选取常用的有杆腔工作面积 和无杆腔工作面积 之比为,2,的液压缸，即 ，而活塞杆直径,d,与缸筒直径,D,的关系为,d=0.707D,。,负载分析回路,D633-20,型电液伺服阀的主要性能参数,3.3.2,动态设计,由于系统的负载特性为惯性负载，根据液压缸的负载特性，输入流量与输出位移之间的关系式可得出液压缸的传递函数为,调平液压系统原理图,:,