基于模糊PID控制的压注机电液伺服系统的应用研究

摘要

压注机是一个快速成型的设备，它包括塑化、注射、保压和冷却几个过程。其中，注射过程和保压过程分别是个典型的电液位置和电液压力伺服控制系统。由于注塑模具的不同，导致保压过程中弹性负载不断发生变化，当系统由注射阶段切换到保压阶段时，实际是由电液位置伺服系统切换到电液力控制系统，可能会受到冲击，在这种情况下用传统的PID控制已经不能满足系统的要求。本文针对这一特点，用模糊控制方法来适应系统参数的一定变化。但是由于模糊控制自身的特点，它并不能产生较高的精度，所以本文吸取模糊控制和PID控制的共同优点，选用了模糊PID控制策略。用模糊控制和PID控制的不同组合形式，得出模糊增益自调整PID控制、模糊—PID复合控制和优化的模糊控制四种不同的模糊PID控制器，并分别介绍了其工作原理和特点，并结合压注机系统设计了这四种模糊PID控制器的结构形式。模糊增益自调整PID控制能够根据系统的误差和误差变化自动调整PID控制器的三个参数，使其适应系统参数变化；模糊—PID复合控制是通过模糊控制器和PID控制器的综合输出来提高系统的精度和响应速度，并能适应参数的一定变化；带有调整因子的模糊控制是根据误差的变化调整误差和误差变化在控制规则的权重；参数自调整模糊控制根据误差的变化调整比例因子、量化因子的大小。通过MATLAB仿真和应用RTW工具箱进行实验，得出PID控制和模糊PID控制的性能。在注射阶段和保压过以及两个系统切换时，分析比较传统的PID控制和带有调整因子的模糊PID控制、参数自调整模糊控制的控制性能，最终得出适应本过程的最佳控制策略。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 压注机电液伺服系统工作原理

1.3 液压伺服系统控制策略现状与发展

1.3.1 控制科学与技术的发展现状

1.3.2 智能控制发展概况

1.3.3 电液伺服系统的发展

1.4 近代控制策略在近代电液伺服控制的应用概况

1.4.1 PID控制

1.4.2 鲁棒控制

1.4.3 智能控制

1.5 本文的研究内容

第2章 系统建模以及稳定性分析

2.1 阀控缸动力机构的基本方程

2.1.1 滑阀的流量方程

2.1.2 液压缸流量的连续性方程

2.1.3 液压缸和负载的力平衡方程

2.2 阀控液压缸系统的方块图以及传递函数

2.2.1 电液伺服控制系统的传递函数的一般形式

2.2.2 传递函数的简化形式

2.3 压注机电液伺服控制系统的开环传递函数

2.3.1 注射阶段

2.3.2 保压阶段

2.4 稳定性分析

2.4.1 伺服阀的选择

2.4.2 传感器的选择

2.4.3 稳定性分析

2.5 PID控制器设计

2.5.1 PID控制原理

2.5.2 数字PID控制

2.5.3 PID控制下系统的稳定性

2.6 本章小结

第3章 模糊PID控制原理及其设计

3.1 模糊控制理论

3.1.1 模糊控制理论概述

3.1.2 模糊控制系统的组成

3.1.3 模糊控制的基本原理

3.2 模糊PID控制原理及模糊控制器的设计

3.2.1 模糊增益自调整PID控制

3.2.2 模糊—PID线性复合控制

3.2.3 优化模糊控制器设计

3.3 本章小结

第4章 系统仿真及实验研究

4.1 注射过程和保压过程的仿真分析

4.1.1 模糊控制因子的选择

4.1.2 仿真模型

4.1.3 注射阶段仿真分析

4.1.4 保压阶段仿真分析

4.1.5 注射阶段和保压阶段切换的仿真

4.1.6 优化模糊控制器仿真分析

4.2 实验结果及分析

4.2.1 实验台系统构成

4.2.2 实验及实验结果分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢