MDF连续热压机板厚控制液压系统位置跟踪控制研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 8次 | 上传用户:huangxinyu322
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近年来,随着连续热压机的发展与技术完善,使其逐渐代替传统间歇式多层热压机成为中密度纤维板(Medium Density Fiberboard, MDF)的主要生产设备。实现连续热压机定厚段快速、精确的板厚控制是生产高质量MDF的前提,然而连续热压机板厚控制液压系统存在诸多非线性因素,以及内部参数摄动和外负载力干扰,这使得实现快速、精确的板厚控制具有很大的挑战性。为此,本文基于反步滑模控制方法,对连续热压机板厚控制液压系统的位置跟踪控制问题进行了深入研究,旨在提高闭环系统的动态性能以及对内部参数摄动和外负载力干扰的鲁棒性,论文具体研究工作如下:(1)根据连续热压机板厚控制系统的结构以及液压位置控制系统的原理,通过对阀控液压缸动力机构进行分析,建立了板厚控制液压系统的数学模型,并给出了系统主要参数的标称值,为仿真验证提供了数据基础。(2)针对MDF连续热压机板厚控制液压系统的位置跟踪控制问题,充分考虑了系统的内部参数摄动和外负载力干扰,为实现快速、精确的位置跟踪以消除板坯厚度偏差,设计了自适应反步滑模控制器,该控制器能够保证系统渐进稳定以及跟踪误差渐进收敛。仿真实验表明,所设计的控制器比PID控制器具有更好的控制性能。(3)为简化自适应反步滑模控制器的设计过程,提高闭环系统的动态性能以及对内部参数摄动和外负载力干扰的鲁棒性,本文引入了干扰观测器技术,并提出了基于模糊干扰观测器(Fuzzy Disturbance Observer, FDO)的自适应反步滑模控制方法。针对常规FDO在干扰观测误差较小时干扰估计速度慢以及快速模糊干扰观测器(Fast Fuzzy Disturbance Observer, FFDO)的干扰估计稳态误差较大的问题,本文设计了一种新型FDO,并给出了干扰观测误差一致最终有界的证明,然后基于新型FDO设计了自适应反步滑模控制器。仿真实验表明,新型FDO较常规FDO和FFDO具有明显的优越性,所设计的控制器比自适应反步滑模控制器和PID控制器具有更好的控制性能。(4)考虑到FDO的设计过程复杂,本文基于自适应Super-Twisting算法设计了滑模干扰观测器(Sliding Mode Disturbance Observer, SMDO),同时为进一步提高闭环系统的动态性能,提出了基于SMDO的反步终端滑模控制方法,在反步法的最后一步结合了终端滑模控制,并设计了连续有限时间控制器,该控制器不仅能够实现第三个子系统跟踪误差的有限时间收敛,而且还从根本上避免了控制奇异问题,且控制输入连续无抖振。仿真实验表明,设计的SMDO能够在有限时间精确地估计系统的复合干扰,设计的控制器能够保证闭环系统具有更好的动态性能。本文对MDF连续热压机板厚控制液压系统的位置跟踪控制问题进行了深入的研究,论文的理论研究成果对连续热压机生产高质量MDF具有一定的工程参考价值。
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