油气悬挂实验台控制系统的研究.pdf

年月 第卷 第期 机床与液压 收稿日期 基金项目 军队科研计划项目 作者简介 晁智强 男 教授 博士研究生导师 主要从事流体传动和控制方面的研究工作 油气悬挂实验台控制系统的研究 晁智强 宁初明 韩寿松 刘相波 陈明明 装甲兵工程学院机械工程系北京 摘要通过分析伺服系统的设计原理完成对油气悬挂实验台的电液伺服控制系统的建模分析研究并对控制系统的软 件和硬件结构进行相应的分析设计利用 组态软件编制控制系统软件系统在运动控制系统基础上进行了位置跟踪 试验结果验证了模糊 控制器的轨迹规划策略和轨迹跟踪的工程有效性和可行性 关键词油气悬挂控制系统伺服系统 中图分类号 文献标志码 文章编号 前言 油气悬挂实验台 又称电液伺服振动台 机械 振动实验即为把待测悬挂装置装载在振动平台上 利用平台的振动来模拟待测装置的工作环境 从而 测定车辆悬挂装置的实时性能 室内模拟实验较 道路实况实验相比 不仅不受道路条件变化 气候 好坏等因素的影响 且其试验精度高 数据稳定 可 比性好 油气悬挂实验台伺服系统分析 油气悬挂实验台具有体积小 功率大 可靠性 高 抗干扰能力强和实验波形种类多等优点 能够 满足不同种类车型油气悬挂的实验要求 并且能够 负载大吨位的试件 提供高频 高速的实验条件 图 为油气悬挂试验台原理图 图油气悬挂试验台原理图 伺服系统原理分析 电液伺服控制系统的功能是能够按照实际设备 的要求完成对被控制对象的控制 控制系统的精度 随伺服系统的变化而改变 电液伺服系统要求其在 受到外部负载或其他干扰因素作用时 仍可精确地 控制被控对象 并且不因外载的作用而影响输出值 控制系统的输出值可作为控制量经反馈环节到达控 制器 将其转换为电流信号或者电压信号作为控制 器的输入值 进而形成闭环控制系统 图 为电液伺 服系统原理图 图电液伺服系统原理图 伺服系统主要通过传感器将测得的物理量值转 换为模拟信号 即输出电流信号 与输入指令电流信 号形成差值 经由控制单元处理和功率放大器放大 归一后转换成电液伺服阀的控制电流 以电流的大 小和方向来控制电液伺服阀的流量大小和开口方向 并形成液压信号 进而控制流入阀控油缸的流量和方 向 通过闭环控制反复循环最终完成反馈调节的工作 流程 这一过程中 阀控油缸的活塞逐渐向着减小误 差的方向移动 当误差为零时 循环停止 伺服系统建模分析 为便于分析控制系统的动态特性和表征电液伺 服阀的线性解析式 以模拟控制电流为输入信号 实际流量为输出值 电液伺服阀线性化方程如式 和 所示 考虑真实等效实际工况伺服阀的精度和系统分 析的可操作性 电液伺服阀采用采用二阶振荡环节 来对系统进行分析 伺服阀传递函数如式 所示 执行机构的阀控缸对电液伺服系统特性起着至 关重要的作用 其数学模型主要由流量连续方程 滑阀的流量方程和系统的力平衡方程三大基本方程 构成 如式 所示 根据系统实际需求 忽略弹性负载和结构柔度 等影响较小因素 结合设备具体参数 阀控缸传递 函数如式 所示 油气悬挂实验台利用电液伺服阀来控制阀控缸 进而驱动台面 并通过各种传感器采集数据 经反 馈系统与系统输入信号进行对比 并通过控制单元 来进行修正 实现预期动作 系统传递函数方框图 如图 所示 图控制系统传递函数方框图 油气悬挂实验台控制系统的分析设计 硬件系统分析设计 硬件系统的功能主要是实现上位机工控计算机 和下位机 协同完成对电液伺服系统的控制工作 其总体结构图如 所示 图控制系统硬件总体结构图 工控计算机主要任务是与 控制模块实现实 时通讯 利用 软件在工控计算机中的绘制油 气悬挂试验台的实时监控界面 并完成对 的命 令 下位机系统控制单元是由一台开放的运动系统 控制箱组成 主要由运动控制面板模块 伺服 放大卡模块和电源模块组成 模块的功能是接收工控计算机下达的命令 向伺服系统执行元件发送指令 接收反馈信号并对 其进行处理分析 协同上位机完成整个伺服系统的 控制工作 伺服放大卡的作用是将输入指令信号同系统反 馈信号进行比较 放大和运算后 输出一个与偏差电 压信号成比例的控制电流给伺服阀力矩马达控制线 圈 控制伺服阀阀芯开度大小 并起限幅保护作用 图 为其原理图 图伺服放大卡原理图 软件系统分析设计 上位机的监控软件是基于 的图形编辑 器来完成的 其主要作用是数据管理和过程监控 包 括登陆界面 工作流程界面 轨迹监控界面及报表打 印界面 各界面之间可自由进行切换 以便清楚 实 时地掌握试验的进行状况和参数时值 图 为工作流 程界面 图工作流程界面 机床与液压第卷 软件的操作权限分为操作工作权限和试验工作 权限 通过登陆账号的设置参数 实现试验的独立 性 图 为软件总体流程图 图总体流程图 试验研究 控制系统将计算机离线得出的模糊控制决策表 以数据表的形式编入 程序中 然后利用 扫 描寻址的方式调用表中的控制量值 完成对实验台 的控制 基于液压动力系统 控制系统控制台等平 台的支撑 通过合理设置控制系统的相关参数和程 序 在既定频率的作用 对比实验结果 可验证模糊 控制器的轨迹规划策略和轨迹跟踪的工程有效性 和可行性 选定实际控制实验的频率为 将模糊控制 表中的数据按照顺序编入 程序模块 以正弦信 号为输入信号完成系统实验 其命令轨迹和试验轨 迹如图 所示 图普通 算法调节下油缸长度实验轨迹 图模糊 算法调节下油缸长度实验轨迹 由图可知 模糊 控制算法调节下在轨迹的 跟踪度 响应速度都要比普通 控制算法调节时 要好 并且 算法调节时幅值衰减较严重 结束语 基于油气悬挂实验平台的伺服系统的分析研究 和平台控制系统的软硬件分析设计 实现油气悬挂 实验台的良好操作性和高可靠性 通过实验平台的 位置轨迹跟踪实验表明模糊 控制算法要优于普 通 控制算法的控制效果 证明了模糊 控制 算法完全可以满足油气悬挂试验台伺服控制系统的 控制要求 参考文献 杨志东液压振动台振动环境模拟的控制技术研究 哈尔滨哈尔滨工业大学 韦茵宋俊高频液压振动台工作参数的合理选择 液压与气动 于科林直驱泵控系统特性分析与位置伺服控制技术 研究 西安西安理工大学 陈彩可王政军电液伺服静力协调加载控制系统的设 计与研究 机床与液压 王占林近代电气液压伺服控制北京北京航空 航天大学出版社 雷天觉新编液压工程手册北京北京理工大学 出版社 郭智渊可编程控制器及其抗干扰研究 山西科技 王志凯郭宗仁李琰用 实现模糊控制的两种设 计方法 工业控制计算机 李强反重力铸造装备 控制技术的研究 西安 西北工业大学 范广福电液伺服动态试验机液压系统设计及控制研 究 沈阳东北大学 第期晁智强 等油气悬挂实验台控制系统的研究