高空升降车自整定PID控制器的设计研究    广州高空升降车出租, 广州高空升降车租赁, 广州高空升降车,  分别介绍了高空升降车连杆机构的动力学和定向轨迹规划，在此基础上选择合适的控制策略研究高空升降车连杆机构的轨迹控制问题。高空升降车连杆机构模型中，每个连杆关节用一个单独的油缸（驱动器）施加力和力矩，每一个关节上都用一个位置传感器测量关节位移。高空升降车应用的场合多属于大负载、大惯性系统，其动作一般会存在较大的延时，特别是从静止启动时，因此有必要提高系统的响应特性和跟随特性。构造高性能的控制系统的唯一方法就是使用反馈控制。高空升降车连杆机构关节上的位置传感器测得关节位置矢量和关节速度矢量，传输到控制器。而高空升降车连杆机构接受控制器传来的关节适量力矩。由关节上的位置传感器组成闭环系统的称为位置误差，它是给定的位置和实际位置的位置差。位置误差作为反馈环节反馈给高空升降车连杆机构的控制系统，组成闭环系统。

      现有的控制策略主要分为传统控制和智能控制。传统控制策略包括PID控制、鲁棒控制、自适应控制和变结构控制等。智能控制策略有模糊控制、神经网络控制、遗传算轨迹生成控制系统连杆机构工作装置轨迹生成e39法等控制理论。PID控制是现阶段工业控制应用最广控制理论，得益于其控制结构简单，实际工程中便于整定等特点。PID控制方法基于反馈理论，是一种线性控制，理论成熟，可靠性较高，而且不需要了解被控对象的数学模型，只要调节合适的参数就能得到理想的控制结果。

       在进行控制系统设计之前，必须先要对控制系统的数学模型进行稳定性分析。添加控制算法的前提是连杆机构的控制系统必须处于稳定状态。首先，我们建立控制系统的数学模型，并计算各连杆控制系统的开环传递函数。高空升降车连杆机构的控制系统采用电液比例控制，主要元件包括D/A转换器、比例放大器、电液比例阀、位置传感器等。在高空升降车连杆机构的控制中，油缸主要承受惯性负载，因此可以忽略弹性负载的影响。要想控制器实现定向轨迹的控制，必须对高空升降车连杆机构进行改进。油缸驱动力的大小由电液比例阀掌控。在忽略负载干扰后，工程中常用的油缸的传递函数为： 比例放大器电液比例阀油缸D/A, 位置传感器液压源, ，h为液压固有频率；h为液压阻尼比，取值范围：(0.1,0.2)；ceK为流量压力系数；AP为各连杆上油缸工作行程的有效作用面积；e为有效体积弹性模量，取值空间一般为（700~1400×106）；PB为粘性阻尼系数，计算时一般忽略不计；Vt为油缸与活塞杆工作时两个油腔的总容积，一般取活塞运动至行程一半时的油缸总容积；tm为活塞质量；W为阀芯面积梯度；cr为阀芯与阀套间隙；D为阀芯直径，为液压油粘度,单位都是国际单位。

     广州高空升降车出租, 广州高空升降车租赁, 广州高空升降车, http://www.diaojichuzu.com/

  

     一级连杆控制系统的传递函数,  是自动控制系统中最首要的数学模型，可以利用控制原理动态结构图的化简来求传递函数。传递函数的稳定性决定了是否能够添加控制算法。我们可以进行传递函数的求解。 实际生产中，电液比例阀的响应速度要高于油缸的响应速度，因此在工程上一般将电液比例阀看作二阶震荡环节，其传递函数为, 通过电液比例阀手册可得到的相关参数：时间常数=0.05，3317.6210qKmsA，可以获得电液比例阀的传递函数：根据比例放大器的电压信号范围U（0~10V）和电流信号I（0~1500mA），可以求得比例控制器的传递函数1aIKU=1.50.1510A/V。D/A转化器的传递函数忽略不计。位移传感器的传递函数Km=1。根据油缸活塞杆及其相应关节转角之间的关系，得出其一级连杆机械机构本体的机械增益：1jK=300º/m。综合以上所求解到的传递函数，得到一级连杆的开环传递函数为：在MATLAB中建立高空升降车连杆机构一级连杆系统的数学模型，得到其开环传递函数的Bode图，一级连杆的传递函数处于稳定状态，因此可以对一级连杆的控制系统添加控制算法，进行轨迹规划的控制。油缸的传递函数为：  电液比例阀的传递函数： 根据比例放大器的电压信号范围U（0~10V）和电流信号I（0~1500mA），可以求得比例控制器的传递函数2aIKU=1.50.1510A/V。根据油缸活塞杆机器相应关节转角之间的关系，得出其二级连杆机械机构本体的机械增益：K2j=600º/m。通过以上求解，得到二级连杆开环控制系统的传递函数.  同理，在MATLAB中建立高空升降车连杆机构二级连杆控制系统的数学模型，得到其开环传递函数的Bode图， 二级连杆控制系统的传递函数处于稳定状态，因此二级连杆的控制系统可以添加控算法。 （2）三级连杆的PID控制仿真由于二级油缸与三级油缸选用的油缸型号相同，三级连杆所用油缸的参数与二级油缸参数相同，因此其油缸的传递函数相同、电液比例阀的传递函数、比例控制器的传递函数与上一节相同，不再在此赘述。三级连杆机械机构本体的机械增益：K3j=750.2375º/m。因此，三级连杆控制系统的开环传递函数为：在MATLAB中建立高空升降车连杆机构三级连杆控制系统的数学模型，得到其开环传递函数的Bode图，由图5.5可知，三级连杆控制系统的传递函数处于稳定状态，因此可以添加控算法。

      PID控制的基本原理PID控制，又称PID调节，在实际工程中应用最为普遍。其调节规律为比例、积分、微分控制。常见的PID控制系统的原理：ut为PID控制器的输出信号，et系统的信号误差，rt是PID控制器理想的输出信号，yt为PID控制器的实际输出信号.  其中，（1）PK为比例系数，具备比例规律的控制器称为比例控制器或P控制器。P控制器能够提高控制系统的开环增益，减少控制系统的稳态误差，但会降低控制系统的相对稳定性；（2）IT为积分时间常数，其输出信号与输入信号的积分成正比。IT为可调比例系数。添加积分项I可以有效减少稳态误差，提高控制系统的控制精度。积分控制提高系统的稳态性能的同时使得信号相对滞后，弱化了系统的稳定性。因此，通常采用比例加微分的形式，PI控制器能够使系统在进入稳态后无稳态误差。（3）DT为微分时间常数。在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比。添加D控制器能够造成控制系统失稳，因此不宜单一使用。通常采用比例+微分的形式，可以有效抑制误差的控制，避免被控量的剧烈超调。工业生产中，常用于具有较大惯性或者滞后性的场合，能够显著改善控制系统的动态特性，提高控制精度。

     广州高空升降车出租, 广州高空升降车租赁, 广州高空升降车,