电液伺服疲劳试验机控制系统的研究与开发

电液伺服疲劳试验机控制系统的研究与开发
东北大学机械工程与自动化学院 硕士学位论文

摘  要
电液伺服疲劳试验机作为一种试验设备，在材料试验、新型材料开发、产品设计、产品质量监督以及质量控制等方面也都发挥着重要的作用。但是由于涉及到机械、液压、电子、材料、测量、自动控制等许多技术领域，并且还综合了近代闭环伺服、数字显示、机电一体化以及电子计算机等高新技术，因而具有很强的跨学科性。对疲劳试验机而言，由于每次试验加载的试件不同，因此负载的刚度也不同，如果采用固定的控制器参数，控制效果势必难以达到试验要求。国内的某试验机研究所研制的两吨电液伺服疲劳试验机采用人工整定PID的方法，这样每次加载试验前，都要人为整定控制器参数。此法不但繁琐，而且要求操作者具有相当的控制理论知识，经验性很强，控制效果取决于操作者。
本文针对上述情况，采用了仿真和控制相结合的方法，试样加载后，由计算机来自动整定PID参数，这样不但简化了操作过程，对操作者的要求也相应降低，而且这样获得的PID参数具有最优的效果。
本文利用理论分析和系统辨识相结合的方法来建立系统模型，由前者经过机理分析建立系统经过简化的模型，分析系统的特征，为系统辨识提供足够的信息，然后使用最小二乘的方法编制了系统参数辨识的程序。针对经过辨识得到的系统差分方程模型使用非线性优化的方法获得最优的PID控制器参数，在这里选择了较为常用的单纯形优化方法，并对其进行了相应改进，操作者可以根据控制指标的不同要求可以选择几种优化准则（ITAE，ITSE等），并可以在此基础上根据显示的控制效果进行人工微调。
本文还针对液压伺服系统具有模型不确定性的特征讨论了基于电液伺服疲劳试验机的∞H混合灵敏度鲁棒控制，通过选择合理的加权函数，在Matlab环境下完成了控制器的计算。仿真实验表明，系统参数在较大范围内变化时，不仅系统依然保持稳定，而且具有较好的动静态特性。
本文使用虚拟仪器语言LabWindows/CVI完成了系统软件的用户界面和内部控制程序的编制，并使用到了精确定时和多线程技术，把费时的系统运行状态实时显示放到控制线程之外的辅助线程中以保证控制效果。  

关键词  电液伺服  疲劳试验机  优化  PID控制  鲁棒控制  LabWindows/CVI