基于NNDO滑模反步法的中密度纤维板板厚纠偏控制研究

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近年来,中密度纤维板(Medium Density Fiberboard,简称MDF)的产量逐年增加。专家们通过科学有效的控制方法对连续平压电液伺服系统进行控制,实现连续平压机对板厚的精确控制,这对确保板材质量、提高产品合格率具有十分重要的意义。从实际热压工艺需求的角度出发,在板材压制过程中,液压缸阵列存在个体差异和不同的外界干扰,均会造成板厚偏差,影响MDF产品质量,可见,对液压缸阵列输出一致性问题进行研究是十分必要的。本学位论文针对液压缸阵列存在的输出不同步现象,将滑模控制与反步法结合,并在此基础上加入干扰观测器技术,达到MDF连续平压板厚纠偏的目的,本文展开的主要研究工作如下:阐述MDF连续平压机板厚纠偏控制的研究意义及设备的发展概况,介绍连续平压生产过程以及其中最为关键的热压工艺流程;对热压环节的执行元件,即液压缸进行研究,结合其工作原理对单液压缸位置伺服控制系统进行数学建模。为解决MDF板厚纠偏位置伺服系统因存在系统外部干扰等因素而引起的位置跟踪控制问题,提出滑模反步控制策略,设计相应控制器对系统进行位置跟踪控制,通过Lyapunov理论分析验证控制系统的稳定性。仿真结果表明,滑模反步控制器可以实现对给定位置信号的无超调跟踪,但跟踪过程存在弱抖振现象。为解决滑模反步控制存在的抖振问题,提出一种基于神经网络干扰观测器(Neural Network Disturbance Observer,简称NNDO)的滑模反步控制方法,对单液压缸系统进行位置跟踪控制。在滑模反步控制策略的基础上加入干扰观测器技术,利用NNDO的万能逼近特性对参数不确定性及外部干扰进行估计并等效补偿到系统控制输入端,实现单液压缸系统对给定位置的准确、平稳跟踪,减小因干扰导致的板厚偏差。仿真结果表明,基于NNDO的滑模反步控制器响应速度快,达到稳定的时间较短,能够实现单液压缸伺服系统对给定位置的稳定跟踪,弱抖振现象得到明显削弱。为解决MDF连续平压热压环节多液压缸伺服系统因存在自身参数差异性和外部干扰不一致等因素所引起的液压缸阵列运行不同步问题,建立多液压缸同步跟踪控制系统数学模型,采用基于NNDO的滑模反步法对多液压缸系统进行同步跟踪控制。设计多液压缸系统的NNDO,对各液压缸子系统的复合干扰进行逼近,并对相应的控制输入端进行补偿;设计基于NNDO的滑模反步多液压缸控制器组。仿真结果表明,该控制器组可以有效降低复合干扰所导致的同步跟踪误差,可在短时间内达到多个液压缸输出一致的目的,提高闭环系统动态性能,实现液压缸阵列一致平稳快速运行,达到MDF连续平压板厚纠偏的目的。
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