氣動(dòng)系統(tǒng)建模仿真-資料下載頁(yè)
2025-06-26 17:16本頁(yè)面
【正文】 例調(diào)節(jié)不能達(dá)到較好的控制效果。下面分析各個(gè)參數(shù)在這種情況下影響。a) 質(zhì)量負(fù)載m的影響根據(jù)傳遞函數(shù)的公式知，m的大小影響負(fù)載固有頻率，系統(tǒng)固有頻率及阻尼比，但是對(duì)系統(tǒng)增益沒(méi)有影響。m的增大使負(fù)載固有頻率和系統(tǒng)固有頻率減小，阻尼比減小，諧振峰值增加。由于在這種情況下諧振峰值是導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)特性差的主要因素，因此，m越大，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性越不好。b) 負(fù)載彈簧剛度K的影響根據(jù)傳遞函數(shù)的公式知，K的大小影響負(fù)載固有頻率、系統(tǒng)固有頻率、阻尼比及其系統(tǒng)增益。K的增大使負(fù)載固有頻率、系統(tǒng)固有頻率增加，而氣壓彈簧剛度不變，因此負(fù)載固有頻率與系統(tǒng)固有頻率靠近，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是會(huì)使系統(tǒng)阻尼比減小，對(duì)諧振峰值的影響有二者共同決定。K值越大，系統(tǒng)增益越大，但是系統(tǒng)增益與K的關(guān)系并不是線性的，K值越大，增益變化越慢。c) 氣缸兩腔壓力及面積的影響氣缸兩腔壓力及面積影響系統(tǒng)固有頻率、阻尼比及系統(tǒng)增益。氣缸兩腔面積、壓力越大，系統(tǒng)固有頻率越大，阻尼比越小，系統(tǒng)增益越小，氣壓彈簧剛度越大。減小系統(tǒng)增益有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是固有頻率的增大和阻尼比的減小會(huì)使得諧振峰值增大。d) 活塞位置及行程的影響活塞的位置影響系統(tǒng)固有頻率，阻尼比及系統(tǒng)增益?；钊谐淘介L(zhǎng)，越靠中間，系統(tǒng)固有頻率越小，阻尼比越大，系統(tǒng)的增益越小，總體來(lái)說(shuō)有利于系統(tǒng)的響應(yīng)特性。e) 阻尼Bp的影響B(tài)p越大，系統(tǒng)的阻尼比越大，諧振峰值越小，系統(tǒng)的超調(diào)量越小，調(diào)節(jié)時(shí)間越短，增大Bp會(huì)使系統(tǒng)的響應(yīng)特性變好。因此，在這種情況下，諧振峰值對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)特性的影響較大，因此主要考慮參數(shù)變化對(duì)諧振峰值的影響。為了使系統(tǒng)達(dá)到較好的特性，考慮像液壓系統(tǒng)一樣采用雙慣性環(huán)節(jié)，在ωc與ωm之間加入轉(zhuǎn)折頻率為ω1的雙慣性環(huán)節(jié)，因此必須先降低增益將ωm降到零分貝線一下，如圖36所示。當(dāng)負(fù)載質(zhì)量或剛度較大時(shí)，引起的諧振峰值也較大，采用較大轉(zhuǎn)折頻率的雙慣性環(huán)節(jié)并不能完全將諧振峰值降到零分貝線以下，因此必須降低雙慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率?？紤]到閥的相角滯后，ω1處的相角低于180o，過(guò)低的轉(zhuǎn)折頻率可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)本身不穩(wěn)定，如圖37所示。為了使系統(tǒng)有一定的穩(wěn)定裕度，必須將ω1處的幅值降到零分貝線以下，這就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的增益進(jìn)一步降低。并且從穩(wěn)定裕度的角度考慮，ω1越小，系統(tǒng)增益越低，響應(yīng)速度越慢。所以，采用雙慣性環(huán)節(jié)很難達(dá)到較好的控制結(jié)果，在仿真系統(tǒng)中嘗試加入雙慣性環(huán)節(jié)，將ω1從小到大進(jìn)行調(diào)試，并隨之調(diào)整增益，不能得到較好的控制特性。仿真結(jié)果證明，在氣壓力控制系統(tǒng)中，雙慣性環(huán)節(jié)是不可行的。圖37 采用雙慣性環(huán)節(jié)力控制系統(tǒng)伯德圖考慮采用PID控制，由于微分控制可以較好的改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，能減小超調(diào)和振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，減小穩(wěn)態(tài)誤差，允許增大比例系數(shù)，提高控制系統(tǒng)的精度。但要注意的是，微分時(shí)間常數(shù)的選取很重要，過(guò)大或過(guò)小時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間仍然較長(zhǎng)，超調(diào)量仍然較大。只有微分時(shí)間常數(shù)選的比較合適的時(shí)候，才能得到較好的控制特性。為了減小系統(tǒng)的超調(diào)和振蕩，在比例控制的基礎(chǔ)上加入微分控制，構(gòu)成PD控制，加入微分控制后，系統(tǒng)產(chǎn)生小幅度的高頻振蕩，引進(jìn)了高頻干擾。對(duì)于慣性較大的實(shí)際系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PD控制器的積分項(xiàng)需要改進(jìn)，并且，當(dāng)瞬時(shí)偏差較大時(shí)，輸出地控制量也很大，會(huì)很容易造成溢出的情況。因此采用不完全微分?jǐn)?shù)字控制器來(lái)解決上述問(wèn)題。在標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字PD控制器的計(jì)算式中，加入一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，就構(gòu)成了不完全微分?jǐn)?shù)字控制器。不完全微分?jǐn)?shù)字控制器不僅可以平滑微分環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的瞬時(shí)脈動(dòng)，而且還能加強(qiáng)微分環(huán)節(jié)對(duì)全部控制過(guò)程的影響。相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字PD控制，不完全微分?jǐn)?shù)字PD控制器的控制品質(zhì)較好。理想微分容易引入高頻干擾。而不完全微分?jǐn)?shù)字PD控制，由于微分作用能夠緩慢的持續(xù)多個(gè)采樣周期，使得一般的工業(yè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠很好的跟蹤微分作用輸出。并且由于不完全數(shù)字控制器計(jì)算式中含有一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，具有數(shù)字濾波的作用，因此，它的抗干擾能力也較強(qiáng)。加入一階慣性環(huán)節(jié)的不完全微分?jǐn)?shù)字PD控制器的傳遞函數(shù)為：由傳遞函數(shù)可知，不完全微分?jǐn)?shù)字PD控制器的傳遞函數(shù)與滯后校正的傳遞函數(shù)一樣，其中T是超前環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率，α為滯后超前比，它有滯后校正的優(yōu)點(diǎn)，利用它的高頻衰減特性，在保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提條件下，提高系統(tǒng)的低頻增益，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，或者在保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度的條件下，降低系統(tǒng)高頻部分的增益，來(lái)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。氣動(dòng)力控制系統(tǒng)中，負(fù)載質(zhì)量和剛度越大，阻尼比越小，提高放大系數(shù)的限制因素之一是增益裕量，而不是相位裕量，因此采用滯后校正是滿足要求的。而不完全微分?jǐn)?shù)字PD控制器不僅具有滯后校正的上述優(yōu)點(diǎn)，而且在減小超調(diào)和振蕩上的效果更好。在上面的系統(tǒng)中采用不完全微分?jǐn)?shù)字PD控制器，引入T=，取P=，D=，得到較好的動(dòng)態(tài)特性，如圖38所示。圖36 采用不完全微分?jǐn)?shù)字PD控制器的力響應(yīng)曲線圖
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