臥式重型數(shù)控車床機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計帶開題報告.zip,臥式,重型,數(shù)控車床,機(jī)床,液壓,系統(tǒng),設(shè)計,開題,報告 附錄1：外文翻譯 控制閥延遲和死區(qū)對簡單液壓定位系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 本文研究了高度簡化液壓缸動力學(xué)模型的PI控制問題。首先假定液壓流體是不可壓縮的，泵提供恒定流量、壓力，這就提供速度控制的可能性。兩種可能的意外情況會發(fā)生，其一是系統(tǒng)內(nèi)由于控制器計算和內(nèi)部壓力變化而導(dǎo)致的延時，以及控制閥的死區(qū)，該影響在非線性系統(tǒng)中得到了確認(rèn)。本文通過分段線性不連續(xù)映射。研究了系統(tǒng)的非線性行為，實際上，確定了全局穩(wěn)定的參數(shù)域。 1.介紹 液壓系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于重型工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，在這方面發(fā)揮著很大的作用。在一個健壯的方式中，需要高強(qiáng)度的高強(qiáng)度。雖然有很多。努力開發(fā)先進(jìn)的控制策略，如1-4,PID控制仍然是。最受歡迎的選擇。然而，眾所周知，在這些中有很強(qiáng)的非線性。系統(tǒng)，如壓力流量關(guān)系，控制閥的死區(qū)，如圖1所示，干摩擦3或影響動力學(xué)5。閉環(huán)控制的離散采樣時間。由于內(nèi)部的主要原因，引入了額外的復(fù)雜性和響應(yīng)延遲。動態(tài)壓力。因此，設(shè)計和調(diào)整液壓系統(tǒng)的PID控制器是。一個極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)主要是因為傳統(tǒng)的方法是基于線性系統(tǒng)的。理論。此外，上述的一些非線性，如死區(qū)或影響。動力學(xué)不能用線性化技術(shù)來解決。 這些系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型常常導(dǎo)致非光滑方程。甚至是不連續(xù)的右手邊。幸運(yùn)的是，在非光滑理論方面的進(jìn)展。動態(tài)系統(tǒng)可以看到例如，的概述提供了一個工具箱，盡管它仍然很遠(yuǎn)。這對于更高維度的系統(tǒng)尤其如此，等多個不同的動態(tài)區(qū)域。例如，7給出了一個一般的理論。一種具有輕微的雙線性一維映射的周期和密集軌道的存在。向二維映射擴(kuò)展，延遲和反彈。經(jīng)過研究。在n維圖中，邊界碰撞分岔與兩個區(qū)域?；煦缯袷幰苍谶@些系統(tǒng)中被識別。在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，描述了PI舉例說明延遲和反彈的影響。 本文研究了一種高度簡化的液壓定位系統(tǒng)模型，盡管從工程的角度來看，它的簡潔性和線性度很有趣。 2.數(shù)學(xué)模型 我們調(diào)查的對象是一個由數(shù)字控制的液壓系統(tǒng)。差動液壓缸，比例換向閥，線性電位器。位置傳感器，齒輪泵，和PC。PC提供了比例積分?？刂破?。它接收來自位置傳感器的信號，計算錯誤信號，以及。驅(qū)動液壓閥;參見圖1。方向比例的典型特征。閥門如圖2所示。 研究中忽略了活塞的質(zhì)量和牛頓力學(xué)。在活塞密封處不考慮摩擦力，進(jìn)一步簡化了系統(tǒng)。桿。顯然，后者對系統(tǒng)的非線性動力學(xué)有重要影響。由于小的正或負(fù)阻尼值。當(dāng)我們進(jìn)行調(diào)查時。在零阻尼的情況下，我們分析了已經(jīng)呈現(xiàn)出復(fù)雜動力學(xué)的臨界情況。由于建模的延遲，死區(qū)和采樣。連續(xù)物理過程采樣時間間隔ts采樣時間，因此，在xn xnts時，將活塞桿xt的位置離散化。這個位置被輸入了。計算錯誤信號h的PC。這個計算所需的時間表示。tc。由于液壓系統(tǒng)的內(nèi)部動力學(xué)，特別是壓力動力學(xué)， 活塞桿速度的變化遵循了第二種甚至更高的順序滯后。由tid表示的另一個延遲表示的系統(tǒng)，用下標(biāo)表示。內(nèi)部動力。因此，在前一個采樣時刻和它的之間的總延遲。效果是td tc。注意，tc和tid的實際值和比率是不相關(guān)的。自牛頓動力學(xué)被忽略了，活塞的速度是分段常數(shù)，它可以。在以下方式:離散vnt≡vn?1 ts td,t∈n?1 ts td,n ts td,因此，下標(biāo)n表示位置和速度的不同時間序列。在圖3的控制方案中表示。假設(shè)情況下當(dāng)我們有0≤td≤ts。整合分段常數(shù)速度，我們到達(dá)了兩個相鄰抽樣活塞桿之間的關(guān)系。位置，可以表示為。 xn_1 _ xn _ vntd _ vn_1_ts ? td_. 雖然這個表達(dá)式類似于控制方程的euler -離散化，但它是這樣的。離散形式是對實際物理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化控制的精確解?？紤]比例積分控制器，誤差信號hn以下列形式計算: hn _ Pxn _ Iyn, P是比例增益I是整數(shù)1，然后 yn _ yn?1 _ tsxn?1 是位置函數(shù)的離散積分。活塞桿速度vn1和vn。由hn和hn計算。1、分別根據(jù)簡化的特征。比例方向閥。圖4表示這個減少的，不飽和的。特征。關(guān)閉的時間間隔是.Δ,Δ斜率是.α的特征。引入無量綱變量 在后面的部分中，我們將構(gòu)建一個4維的線性映射。backlash-free系統(tǒng)。在出現(xiàn)反彈的情況下，我們推導(dǎo)出一個分段線性。從第4維度的9個線性映射中編譯的映射。如果你也調(diào)查。case td > ts，然后類似的線性和分段線性映射可以構(gòu)建，但是它們。尺寸增加極。為了用簡潔的數(shù)學(xué)方法來表示方法。形式,我們限制描述基本情況0≤td≤ts。 3.線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 消除閥死區(qū)δ0,一個線性閥特點意味著有關(guān)活塞桿的速度： vn _ ? hn?1, xn_1 _ xn ? hn?1td ? hn_ts ? td_. 引入zn，它由實際和先前的活塞位置和積分組成 用矩陣形式： 系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于矩陣A的特征值，所有的絕對值。特征值必須小于1: 矩陣A的特征多項式是： 多項式有一個根，等于0;因此;它可以除以μ/μ4 0。由于多項式的穩(wěn)定性準(zhǔn)則決定了多項式的系數(shù)，所有的根都應(yīng)該在復(fù)雜矩陣的左邊，運(yùn)用莫比斯變換： 作為變換的結(jié)果，特征值的絕對值的情況。矩陣A小于1等于變換后的多項式的根的情況。復(fù)雜式的左側(cè)： 變換特征多項式是： 系數(shù)是： 根據(jù)柔絲穩(wěn)定性判據(jù)，所有多項式系數(shù)均為3.11。矩陣H2 3.13的行列式應(yīng)該是正的： 此外，一個條件以下式子也應(yīng)滿足穩(wěn)定性要求： 在上面的公式中,連續(xù)使用擴(kuò)展,當(dāng)td→ts / 2。圖5給出了線性系統(tǒng)在采樣時刻的參數(shù)穩(wěn)定圖。不同的時間延遲在td 0, ts。很容易證明穩(wěn)定性邊界。是td 0時的直線。左邊的穩(wěn)定邊界,|μ1 | < 1 |μ2,3 | 1。它可以也表明,只存在這種類型的穩(wěn)定邊界時td≥ts / 4。最右邊的td < ts/4的穩(wěn)定邊界始終是一條直線，| 1| < 1，| 2| < 1，| 3| 1。當(dāng)系統(tǒng)被過度確定時μ4=0。 4. 分段線性系統(tǒng)的動力學(xué)分析 根據(jù)之前的公式,xn1的即將到來的值取決于實際的vn1和之前的vn速度值?？紤]到方程2.5,xn1是分段線性兩次錯誤信號的函數(shù)hn hn?1。因為每個過去的值可以分為3個情況，我們的系統(tǒng)由9個標(biāo)量方程描述。 分段系統(tǒng)可以寫成緊湊形式，其中Fi是一個線性算子，簡化的矩陣形式: zn_1 _ Ai zn _ bi _ Fi_zn_, i _ 1, . . . , 9. 根據(jù)前文公式，在x-y中3個域的hn結(jié)果的3個區(qū)間 x-y平面的三個域，在中間區(qū)域誤差信號小于閾值。這個閥門，沒有活塞運(yùn)動 上圖表示x-y平面與中間區(qū)域的死區(qū)。死區(qū),x是恒定的，這意味著活塞桿停止，因為比例方向。閥是關(guān)閉的。固定的點在y軸上，在 [?δ/I, δ/I]。這個不變的集合對應(yīng)的是無反線性系統(tǒng)的平凡解。從實際我們對不變集的穩(wěn)定性很感興趣，因為它的實際值。如果我們能達(dá)到期望的x 0位置，y就不重要了。 4.1周期軌道 通過采樣時間ts 0.1 s，時間延遲td 0.04 s進(jìn)行數(shù)值模擬，和無量綱死區(qū)δ12。通過求解所示的代數(shù)方程組。公式中，從初始條件z2 x2 x1 y2 y1T 1111T開始系統(tǒng)。積分增益Icr 24.982和正比增益Pcr 3.5714，一個周期。軌道存在，且不變集對Pcr < P穩(wěn)定，且P < Pcr不穩(wěn)定。這行為類似于退化的Hopf分岔，既不是子也不是超臨界的。圖7表示穩(wěn)定的、不穩(wěn)定的運(yùn)行和一個周期性的軌道，它們存在于其中。關(guān)鍵的情況。 根據(jù)上圖所示的仿真結(jié)果，對不同的修改死區(qū)進(jìn)行了分析。大小，周期軌道仍然是周期性的或者它變成了準(zhǔn)周期密集軌道。 圖9表示一般情況下的周期軌道。點的編號從死區(qū)以外的第一步開始;k是上面的步數(shù)地區(qū);j是死區(qū)內(nèi)步數(shù)的一半。因為它是對稱的系統(tǒng)，對半周期軌道的檢查是令人滿意的，與終點有關(guān)。 第一步是從第2點到第3點。在這種情況下，h2 >δ和h1 >δ，因此F1是用來計算點3號,就像在下一個k?1步驟。作為我們到達(dá)死區(qū),根據(jù)表1,F4是應(yīng)用于邊界,然后F5 j?1次了。最后一步，直到半周期由F8完成。因此,形成的一般式： 我的意思是用Fi運(yùn)算符k次 使用式4.8，可以產(chǎn)生如下的周期軌道。我們把td, ts，和。初始條件x1, y1和軌道的“形狀”與k和j，然后通過解第二個。第4個分量是48 P，我可以計算出，x2和y2很容易。確定。圖10顯示了三個可選的周期軌道。 4.2穩(wěn)定的周期軌道 我們可以將公式4.8簡化為一次操作，引入A和b： 4 4.9所示動力系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于特征值。矩陣A。由于沒有顯式地出現(xiàn)在A中，不變集的穩(wěn)定性邊界。包括在系統(tǒng)中所期望的x 0位置與死區(qū)相一致的穩(wěn)定性。線性系統(tǒng)的邊界，線性閥特性在第3節(jié)中導(dǎo)出。然而如果A的結(jié)構(gòu)足夠大，A的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，這樣它仍然會影響穩(wěn)定性地區(qū)。 在圖11的左側(cè)面板中，有3對這些控制參數(shù)P，表示為線性穩(wěn)定性的極限，在這里，周期軌道如圖10所示。請注意,用前面描述的方法計算了它們的數(shù)值。 圖12顯示了三個不同值的三個周期或密集軌道的行為。P表示在圖11的右邊面板中。正如上面所示，這是穩(wěn)定的。線性系統(tǒng)由不變量集保留，其中包含x 0在系統(tǒng)中的死區(qū)。這意味著所有的軌道都將向外呈螺旋狀向外或向不穩(wěn)定的方向移動。穩(wěn)定的線性行為，不管軌道是周期性的還是密集的p的值，換句話說，對于每一個矩陣的組合，Ai對應(yīng)于任意一個軌道的種類，其特征值在穩(wěn)定性方面類似。在相空間中這意味著死區(qū)內(nèi)的軌跡完全是垂直的，不會改變。 當(dāng)軌道進(jìn)入并離開死亡區(qū)域時，x的值與步數(shù)無關(guān)。粗略地說，死區(qū)只是“削減”和“提取”已經(jīng)存在的軌道。這也解釋了為什么軌道與死區(qū)的行為類似于無背景的情況。 需要進(jìn)一步的研究來研究這些動態(tài)特性是如何變化的。由阻尼引起的輕微擾動。這很可能是上述結(jié)構(gòu)。周期和密集的軌道將無法生存，但其中一些可能存在于線性穩(wěn)定或不穩(wěn)定的域，取決于阻尼是否有輕微的正面或消極的影響。 5.結(jié)論 本文研究了帶圓柱的液壓定位系統(tǒng)的PI控制。強(qiáng)調(diào)數(shù)字采樣的相互作用，由于有限的計算而導(dǎo)致的時間延遲。時間和內(nèi)部動力，以及由于閥門特性影響到全系統(tǒng)的反彈?？刂葡到y(tǒng)的動力學(xué)。無反流系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界為在P上，我控制參數(shù)平面。然后,它是表明動力學(xué)是由一個有9個可能狀態(tài)的分段線性系統(tǒng)描述的。由強(qiáng)烈反對引起的。它顯示了周期和稠密的軌道。當(dāng)參數(shù)調(diào)整到穩(wěn)定邊界時，系統(tǒng)是否存在backlash-free系統(tǒng)。 提出了一種分析方法，對給定的開關(guān)序列進(jìn)行初始化。條件，采樣和延遲時間，以及死區(qū)寬度，允許計算。對應(yīng)的P和I參數(shù)保證了周期軌道的存在。此外,它是證明了分段線性系統(tǒng)的線性系數(shù)矩陣是獨立的。在死區(qū)寬度中，周期或密集軌道的穩(wěn)定性也是如此。換句話說,線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性邊界為系統(tǒng)提供了一個實用的穩(wěn)定裕度與反彈。  附錄2：外文原文