数控机床工作台位置伺服系统先进控制策略研究

作     者：李苗苗 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：向凤红

授予年度：2010年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：液压伺服系统 参数模糊自适应PID 二次型最优控制 相平面分区控制 

摘      要：近年来,由于液压伺服系统与其他类型的伺服系统相比,具有液压元件的功率—‘质量比和力矩—惯量比(或力—质量比)大、快速性好、系统响应快以及液压伺服系统抗负载的刚度大等优点,液压伺服系统首先应用于陆、海、空军各个领域。目前,飞机所有的控制系统和操纵机构几乎全部采用液压伺服及液压传动机构。在导弹方面,中程及远程导弹的各个控制系统几乎都采用液压伺服系统。现在又广泛应用于各种工业生产中。因此对液压伺服系统的研究具有重要的现实意义。 本文以数控机床工作台位置控制系统为例,建立了该系统的数学模型。液压伺服系统是典型的非线性系统,本文首先通过Taylor级数的方法对其进行线性化处理。通过MATLAB仿真工具SIMULINK进行仿真,其单位阶跃响应的动态性能和稳态性能不是很理想,为此,本文的主要目的是通过设计不同的控制器对此系统加以控制以得到良好的动态和静态性能。本文详细地介绍了三种控制策略：一种是参数模糊自整定PID的控制方法;一种是PID控制与二次型最优控制串联相结合的控制方法;一种是相平面分区九态控制器的控制方法。通过这三种方法分别进行了仿真,对仿真结果进行了比较,分析这三种控制策略对该数控机床工作台位置伺服系统的动静态性能的改善效果以及他们各自的优缺点。 通过分析仿真结果可以得出：该系统经参数模糊自适应PID控制后,其单位阶跃响应的超调量和振荡次数都有改善,但上升时间、调整时间和峰值时间都有所延长;在经PID和线性二次型最优控制串联相结合控制后,超调量和振荡次数也有所改善,且上升的时间和调整时间也减少了,只有峰值时间有稍微的延长。在经相平面分区九态控制后,甚至达到了无超调量也无振荡、曲线特别光滑的效果,调整时间也减小了很多,只有上升时间有稍微的延长,不但提高了该数控机床工作台位置伺服系统的快速性,而且还提高了该系统的平稳性。所以,对于该数控机床工作台位置伺服系统而言,采用相平面分区九态控制器的控制策略效果最好。在使动态性能和稳态性能同时都达到比较好的效果方面,PID和线性二次型最优控制串联相结合的控制策略则要优于参数模糊自适应PID控制的控制策略