基于预测模糊PID的多道次板簧成形电液伺服控制系统研究

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随着国内汽车工业的快速发展,变截面板簧的需求量逐年递增,对产品质量的要求也越来越高,而改进其成形设备,选择合适的智能控制方案是提高产品质量的有效途径。本文首先介绍了变截面板簧的结构,对板簧成形工艺进行了分析,并找出现有成形设备的缺陷和不足,采用电液伺服阀取代电磁换向阀,使拉料小车速度时刻变化,从而实现拉料小车速度与板簧厚度相匹配。其次分别介绍了厚度和拉料电液伺服控制系统的原理,推导了任意板簧厚度与位置的数学关系式、拉料小车速度与板簧厚度的数学关系式,设计整个系统的电液伺服原理图;选取系统主要液压元件的型号参数,以此建立联动的电液伺服控制系统数学模型,经简化后对厚度和拉料两个电液伺服控制系统进行了稳定性和误差分析。第三分析了传统PID控制、模糊控制以及预测控制的结构和原理算法,针对多道次板簧成形电液伺服控制系统,将三种控制方式结合起来设计了预测模糊PID控制器。在设计控制器时,首先研究了模糊PID部分的控制,然后针对厚度与拉料控制系统的联动问题,在模糊PID控制基础上加入预测控制部分,推导了预测模糊PID控制算法。第四针对厚度电液伺服控制系统,在有先验PID知识时应用了传统PID控制方案;在无PID先验知识时应用模糊PID控制自动找寻PID的最优值,并将模糊PID与传统PID作了比较,得出模糊PID优于传统PID控制的结论。加入拉料电液伺服控制系统后,采用预测模糊PID进行控制,并与模糊PID控制、传统PID控制在稳定性、快速性以及抗干扰能力方面进行了仿真比较,得出两系统联动时,预测模糊PID控制方案稳定性最高,抗干扰能力最强。应用预测模糊PID控制方案,对系统联动前后的板簧形状做了仿真,并与理论值作了比较。最后设计了预测模糊PID控制系统的PLC流程图,研究了模糊PID的PLC实现。先将变量等级量化,再模糊化并储存起来,通过查表子程序输出,然后反模糊化,结果作为PID的参数输入PID控制中;还研究了厚度控制系统与拉料控制系统相耦合的预测控制PLC流程;设计了抛物线求取的PLC子程序。
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