干冰清洗車電液比例控制系統開發與研究
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- 干冰清洗車電液比例控制系統開發與研究冰清洗車是一種以壓縮空氣作為動力與載體，以被加速的干冰顆粒為介質對變電站中的絕緣子進行清洗的專用機械設備。本論文的目的是設計出一款可以自動穩定可靠運行的干冰清洗車液壓控制系統。
本論文通過對干冰清洗車機械結構、功能要求、工作原理、工藝流程的分析，設計出一個使用PLC控制器的液壓系統，并將廣泛應用于工程機械的比例控制技術引入其中，對所設計系統進行分析研究，得到了基于電液比例控制技術的干冰清洗車控制系統；根據液壓系統的控制要求，提出了一套設計高性能干冰清洗車控制系統的方案；首先根據要求進行了液壓系統的設計，然后通過對液壓比例控制系統建模，借助Matlab/simulink軟件對系統模型進行動態特性仿真與分析，得出系統的控制性能并不是很好；為了使系統穩定可靠、減小誤差和超調，根據系統的控制要求，通過試湊法設計出合適的PID控制器。
本文研究了模糊控制方法，為馬達卷揚系統設計了模糊控制器，并對馬達卷揚系統進行了傳統PID控制器與模糊控制器的建模與仿真，通過仿真結果分析得出模糊控制比PID控制得到更好的動態性能，模糊控制的系統階躍響應的超調更小，達到穩態的時間較短；對于模型參數變化時，模糊控制能夠比PID控制受到更小的影響，系統更穩定，獲得的控制效果更好；通過對調平系統數學模型的仿真與分析得出調平系統符合控制系統的要求，系統的控制性能達到穩定、快速、準確。
最后根據系統的控制要求，選擇了合適的PLC控制器、觸摸屏與傳感器等硬件，完成了系統的硬件設計，然后對系統的軟件和觸摸屏的控制畫面進行了設計。
通過該論文工作，將機械、電子、液壓控制等多學科技術有機結合，從理論上完成了高性能干冰清洗車電液比例控制系統的設計，將對干冰清洗車實際工程設計會有很大的指導作用；另外，該論文的設計方法，對于工業上其他有相似功能或相似結構的設備設計也將具有重大參考意義。
關鍵詞：電液比例控制，系統建模，PID控制，模糊控制，PLC
ABSTRACT
Dry ice cleaning car is a kind of special device which cleans the insulator in the converting station，the transmitter dry ice granule is accecerated by the power compressed air. In this paper a dry ice cleaning car hydraulic control system is designed to work automatically and steadily.
After analyzing of the mechanism, the function needs, the working principle and the working technique procedure of the dry ice cleaning car, a hydraulic control system is designed based on PLC, and the proportion control system used in engineering machinery is used. After analyzing the hydraulic system, a dry ice cleaning car control system is gained based on electric-hydraulic proportional control system.On the request of hydraulic control system; A integrated scheme to make the dry ice cleaning car control system perform well; Firstly, on the request of dry ice cleaning car a primary hydraulic control system is designed, the mathematic models of the hydraulic proportional system is established, then analy the dynamic simulation in Matlab/simulink. It turn out to be that the control performance is not god. To make the system stable and have smaller error and smaller overshooting number, a proper PID controller is designed.
In this thesis, the Fuzzy control method was investigated, a Fuzzy controller was designed for the hydraulic motor winding system. The mathematic models of tradition PID controller and Fuzzy controller in the hydraulic motor winding system is established, after the analyses of the simulation data, it turn out to be the dynamic capacity of Fuzzy controller is better than the PID controller, Fuzzy controller has smaller overshooting number and less time to be stable in the step response, when the modle parameter is changed, the Fuzzy controller turn out to be has less effect and steadier than PID controller, the control performance is better when used Fuzzy controller. After the outcome analyses of the simulation on the mathematic models in leveling system, the result come out that the leveling system is suitable for the control request; it can work steadily, reliably, rapidly and accurately.
Finally, on the requset of the control system the right hardware components are used, such as PLC controller, touch panel, sensors, and so on, then finish the hardware design, After that finish the software system design and the control graphical panel design in touch panel.
In this thesis, by using the technique of machine, electron and hydraulic control, a high- powered electric-hydraulic proportional control system of dry ice cleaning car is finished. The method will be have large rective meaning, on the side the method of design will have large reference to other similar machine.
Key words: electric-hydraulic proportion control, system modeling, PID control, Fuzzy control, PLC
目錄
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 緒論 1
1.1概述 1
1.2研究背景及目的 1
1.3干冰清洗技術的發展與現狀 2
1.4課題來源和關鍵研究問題的提出 3
1.5本文主要工作 4
第二章 干冰清洗車結構與原理 6
2.1概述 6
2.2 干冰清洗車結構組成 6
2.2.1履帶行走與驅動 7
2.2.2 平臺調平控制機構 7
2.2.3固定支腳 8
2.2.4干冰清洗機集成裝置 8
2.2.5 卷揚升降機構和噴射控制機構 8
2.3 干冰清洗車的工作原理與工作流程 9
2.4 小結 11
第三章 干冰清洗車控制系統總體設計 12
3.1概述 12
3.2控制系統綜合分析 12
3.2.1系統的設計要求 12
3.2.2系統設計原則 12
3.2.3控制系統總體技術指標 13
3.3系統控制方案的選擇 13
3.3.1傳動方式的選擇 13
3.3.2控制方式的選擇 14
3.3.3控制器和人機界面的選擇 15
3.4控制系統組成及原理 16
3.4.1調平系統工作原理 18
3.4.2升降機構工作原理 20
3.5 液壓傳動系統設計 21
3.5.1液壓系統主要參數確定 21
3.5.2液壓系統控制回路設計 23
3.5.3液壓主要元件的選擇 28
3.6小結 30
第四章 升降機構速度控制系統的研究 32
4.1概述 32
4.2升降機構速度控制系統數學模型建立 32
4.2.1比例放大器傳遞函數 32
4.2.2比例方向閥的傳遞函數 33
4.2.3閥控液壓馬達動力機構的傳遞函數 33
4.2.4位移傳感器傳遞函數 36
4.2.5系統傳遞函數參數確定 36
4.2.6特性分析 37
4.3卷揚升降機構速度的PID控制 38
4.3.1 PID算法 39
4.3.2積分分離PID控制 39
4.3.3 PID調節器參數選擇 39
4.3.4 PID控制的Matlab仿真 40
4.4卷揚升降機構速度的模糊控制 41
4.4.1模糊控制器的原理 41
4.4.2模糊制器各部分實現方法 42
4.4.3模糊控制器的設計 44
4.4.4 模糊控制的Matlab仿真 45
4.5 PID控制和糊控制的MATLAB仿真結果分析 49
4.6 小結 52
第五章 電液比例調平系統的研究 53
5.1概述 53
5.2電液比例調平系統數學模型建立 53
5.2.1比例放大器傳遞函數 53
5.2.2電液比例方向閥傳遞函數 54
5.2.3閥控液壓缸的傳遞函數 54
5.3閥控缸的調平機構仿真 57
5.3.1系統穩定性分析及參數確定 57
5.3.2系統動態仿真及分析 59
5.4 小結 62
第六章 干冰清洗車電氣控制系統設計開發 63
6.1概述 63
6.2 PLC控制系統的主要硬件選擇 63
6.2.1 PLC及A/D、D/A模塊 63
6.2.2 觸摸屏 63
6.2.3 傳感器的選擇 64
6.3系統硬件原理圖設計 65
6.4 PLC控制程序的設計 66
6.5觸摸屏畫面設計 69
6.5.1觸模屏畫面的總體規劃 69
6.5.2 畫面的設計 69
6.6 小結 73
結論與展望 74
參考文獻 76
攻讀學位期間發表的論文 78
獨創性聲明 79
致謝 80
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