压电驱动微动定位平台系统设计与开发
这是一篇关于微动定位平台,压电驱动,柔性铰链副,柔性移动副,PID控制的论文, 主要内容为微定位技术是精密加工、精密测量、精密工程等微观领域中的关键技术,微动定位平台是精密定位技术中的一项重要载体。本文结合浙江省自然科学基金项目“基于压电的纳米级工作台系统智能化控制方法的研究”(编号:502021)和国家自然科学基金项目“磁控形状记忆合金驱动的大行程纳米级精度微动工作台关键技术研究”(编号:50805042),以压电陶瓷驱动的微动定位平台为研究对象,分析和研究了微动定位平台的关键技术。在比较分析单平行四杆机构、双平行四杆机构、复合平行四杆机构的三种形式柔性移动副之后,采用有限元分析方法设计一个以复合平行四杆机构柔性移动副为导向机构的二维微动定位平台,并分析了其静态、动态特性,建立了系统数学模型,在此基础上用Malab软件对微动定位平台控制模型进行仿真模拟、整定系统PID控制参数;基于LabVIEW开发环境构建微动定位工作台的开环闭环控制系统的实验平台,进行了实验研究。本论文的主要研究内容及章节安排如下: 第一章分析了微动定位平台系统研究和开发的意义,并综述了以柔性铰链机构为支撑导向机构、压电陶瓷驱动的微动定位平台系统的国内外研究现状及其发展。最后结合具体项目给出了本论文的主要研究内容。 第二章分析了微动定位平台系统的组成,比较了微动平台系统各种驱动方法、支撑导向机构、控制方法和检测方法的特点,提出了一种柔性机构导向支撑、压电陶瓷驱动的微动定位平台系统总体设计方案。 第三章在分析压电陶瓷驱动器的驱动机理的基础上,对其迟滞、蠕变和非线性等特性进行了研究,并且对压电陶瓷驱动器进行了特性实验测试。 第四章在柔性铰链机构微动定位平台的应用中,引入了柔性移动副的概念。比较了单平行四杆机构、双平行四杆机构、复合平行四杆机构组成的三种柔性移动副。利用有限元方法设计了一种新型的复合双平行四杆柔性移动副为导向机构的微动定位平台。 第五章分析建立了微动定位平台系统的传递函数,在Matlab系统平台上进行了微动定位平台系统PID控制的仿真;基于LabVIEW开发环境构建了微动定位平台PID闭环控制实验系统,并进行了实验研究。 第六章总结了全文的研究和开发工作,展望了微动定位平台关键技术的发展趋势。
TTS20三容水箱液位先进控制系统的设计与开发
这是一篇关于TTS20三容水箱,PID控制,预测函数控制,Visual Studio 2010,C++的论文, 主要内容为近年来,伴随着工业化的不断发展,对工业生产过程的种种要求也越来越高。各高校出于顺应工业时代的发展以及培养学生的实际工程能力的目的引进了诸多种类的过程控制实验装置。其中,三容水箱系统作为许多工业控制对象的典型模型,可模拟工业生产过程中对液位、温度和流量等参数的控制。对其展开深入研究,在工程控制领域具有重要的实际意义。本文以实验室中的TTS20三容水箱实验装置为被控对象,在充分了解其控制过程的基础上,利用Visual Studio 2010开发环境和C++开发语言,设计一款包含多种控制算法的液位控制系统。因为控制系统硬件部分已经给定,所以在本文中,控制系统的设计主要是指控制系统软件部分的设计。根据设计内容,设计好的控制系统除了可以实现对三容水箱的控制,还可以进行二次开发,为复杂算法的研究提供实验平台。首先,说明了TTS20三容水箱液位先进控制系统的组成部分,并详细介绍了TTS20三容水箱实验装置。基于控制系统的设计要求,阐述了系统的设计内容,并给出了系统的总体设计方案。其次,介绍了TTS20三容水箱模型的建立方法,并详细讲解了拟采用的三种控制算法。控制算法分别是常规PID控制、解耦控制以及预测函数控制。并利用Matlab进行了算法仿真。通过仿真结果证实了算法的可行性。再次,根据系统总体设计方案,完成了TTS20三容水箱与上位机之间的硬件连接。并在Visual Studio 2010开发环境中完成了水箱液位控制系统的设计工作,主要包括:项目创建、通讯配置、人机操作界面的建立、数据库的组态、具体程序的编写。最后,通过实际控制结果分析控制系统的实用性及应用前景。结果表明,控制系统能够实现对TTS20三容水箱液位的实时监控和控制,所采用的控制算法具有良好的控制效果。因此,本次设计的控制系统能够满足预设的控制需求,具有良好的应用价值和应用前景。
机载环境温度控制系统设计与实现
这是一篇关于飞机环境温度控制系统,PID控制,模糊控制,工程验证的论文, 主要内容为近年来新型飞机比初代飞机承担更多的任务,所以很多机载系统也正发生着翻天覆地的变化。很多机载系统正经历着从模拟控制、机械联动向智能数字控制、电气传导的变革,飞机整体也正向着多电飞机,甚至全电飞机状态的快速演变。由于新型飞机对于飞机整体性能要求的明显提升,所以也对机载系统有了更多新的要求。数字控制技术的广泛应用使系统的各组件间可以进行数据交互,系统与系统之间实现互联,使各分系统的运行状态监控和健康管理得以真正实现,因此系统的性能得到了更好的发挥,在个别系统出现问题时也能高效的进行系统失效诊断,排除故障。这一系列的系统升级,也是使智能控制技术引入到机载环境温度控制系统中成为一种必然的选择。机载环境温度控制系统过去普遍采用传统PID控制,多采用模拟类器件搭建控制器属于时不变定增益控制系统,面对大惯性时滞控制对象时存在超调量大、抗扰动能力弱兼容性差等问题。智能模糊控制理论自出现以来,通过拟人化的控制方法,设计合理的控制规则,极大的改善了存在大惯性时滞类被控对象系统的控制效果。本文从模糊控制器的硬件架构和算法设计角度出发,分析了模糊隶属度函数和模糊控制规则的建立过程,通过引入工程实践经验对模糊控制器进行了改进,进一步优化了模糊控制算法。基于Simulink仿真环境搭建了相关的控制器和被控对象模型,结合系统暂稳态指标对不同控制算法的效果进行了对比分析。其次,在软件仿真的基础上进行了合理的工程化整定过程,利用现有的地面模拟实验环境,依托1:1的真实机载设备硬件平台模拟出的真实的机载环境温度控制系统使用工况进行了验证试验。最后通过对仿真结果的工程化整定和对验证试验数据的统计分析,结果表明引入模糊控制算法可极大地减小系统超调、调节时间,机载环境温度控制系统的主要控制指标均得到了改善,具有较大的工程实践意义。
面向超精密自由曲面加工的快刀系统设计及控制算法研究
这是一篇关于快刀伺服系统,频域辨识,PID控制,陷波滤波器,前馈算法的论文, 主要内容为自由曲面作为光学系统中常用的结构,目前广泛应用于航天、军事、民生等领域。快刀伺服系统作为自由曲面加工的重要方式,其研究具有重要的经济价值。目前商业化的快刀伺服系统主要分为压电陶瓷驱动型和音圈电机驱动型。其中压电陶瓷存在迟滞和蠕变特性,控制较为复杂。而音圈电机驱动的线性度好,控制方便,但其多采用气体静压导轨支撑,运动部分质量大,难以实现高频运动。因此,本课题针对数百微米的行程需求,设计一款高频响的快刀伺服系统,对其控制性能进行详细分析,为自由曲面高效车削加工提供理论与实验基础。本文首先设计了一款柔性铰链导向音圈电机驱动的快刀伺服装置,对其设计参数进行详细分析,综合考虑各方面因素,合理选择快刀各项尺寸参数,并通过有限元分析验证设计过程的合理性。随后完成了快刀装置控制部分的设计,包括快刀控制系统的整体搭建以及控制软件的研发,为后续控制算法的研究以及车削实验提供了合理的实验基础。控制算法的设计需要精确的快刀伺服系统动力学模型,针对levy方法不能对时滞系统进行频域参数辨识的问题,提出采用无约束优化算法进行参数辨识的改进策略。将参数辨识结果与实测结果对比,证明所设计的参数辨识方法的准确性。采用PID控制算法对快刀伺服系统进行闭环控制,为弥补二阶系统谐振频率对系统稳定性的影响,对陷波滤波器进行详细研究,并通过实验验证所设计的PID控制器和陷波滤波器的跟踪性能。为提高快刀伺服系统动态特性,设计基于模型的前馈控制器,在前馈控制器中添加低通滤波器以调节其控制性能,通过仿真与实验证明所设计的前馈控制器的有效性。最后利用设计的快刀伺服系统进行微透镜阵列的车削工艺实验。对微透镜阵列的加工轨迹进行了研究并进行改进,降低运动轨迹突变所造成的影响。进行了微透镜阵列的车削加工,并对车削结果进行检测,证明所设计的快刀伺服系统具有很好的运动精度和动态特性,可以满足加工需求。
TTS20三容水箱液位先进控制系统的设计与开发
这是一篇关于TTS20三容水箱,PID控制,预测函数控制,Visual Studio 2010,C++的论文, 主要内容为近年来,伴随着工业化的不断发展,对工业生产过程的种种要求也越来越高。各高校出于顺应工业时代的发展以及培养学生的实际工程能力的目的引进了诸多种类的过程控制实验装置。其中,三容水箱系统作为许多工业控制对象的典型模型,可模拟工业生产过程中对液位、温度和流量等参数的控制。对其展开深入研究,在工程控制领域具有重要的实际意义。本文以实验室中的TTS20三容水箱实验装置为被控对象,在充分了解其控制过程的基础上,利用Visual Studio 2010开发环境和C++开发语言,设计一款包含多种控制算法的液位控制系统。因为控制系统硬件部分已经给定,所以在本文中,控制系统的设计主要是指控制系统软件部分的设计。根据设计内容,设计好的控制系统除了可以实现对三容水箱的控制,还可以进行二次开发,为复杂算法的研究提供实验平台。首先,说明了TTS20三容水箱液位先进控制系统的组成部分,并详细介绍了TTS20三容水箱实验装置。基于控制系统的设计要求,阐述了系统的设计内容,并给出了系统的总体设计方案。其次,介绍了TTS20三容水箱模型的建立方法,并详细讲解了拟采用的三种控制算法。控制算法分别是常规PID控制、解耦控制以及预测函数控制。并利用Matlab进行了算法仿真。通过仿真结果证实了算法的可行性。再次,根据系统总体设计方案,完成了TTS20三容水箱与上位机之间的硬件连接。并在Visual Studio 2010开发环境中完成了水箱液位控制系统的设计工作,主要包括:项目创建、通讯配置、人机操作界面的建立、数据库的组态、具体程序的编写。最后,通过实际控制结果分析控制系统的实用性及应用前景。结果表明,控制系统能够实现对TTS20三容水箱液位的实时监控和控制,所采用的控制算法具有良好的控制效果。因此,本次设计的控制系统能够满足预设的控制需求,具有良好的应用价值和应用前景。
惯性传感器地面弱力测量系统热控技术研究
这是一篇关于引力波,惯性传感器,局部灵敏度分析,热设计,PID控制的论文, 主要内容为引力波探测是当前基础科学领域最前沿和最重大的研究课题之一,对天文学和物理学的发展具有重大意义。空间惯性传感器是引力波探测航天器的核心载荷,惯性传感器地面弱力测量系统是高精度惯性传感器地面测试与评估的重要平台,对惯性传感器的性能测试和优化设计具有重要作用。温度水平及温差的波动能以多种方式影响惯性传感器的探测灵敏度,为了满足惯性传感器地面弱力测量系统的温度稳定性要求,必须对惯性传感器地面弱力测量系统的热控技术进行深入研究。首先,论文简述了惯性传感器地面弱力测量系统所处的热环境以及地面弱力测量系统的结构布局,建立了地面弱力测量系统热平衡方程,分析了真空舱内部弱力测量系统各组件之间的传导换热和辐射换热过程,并详细计算了被动热控结构各表面与环境的对流换热系数,为热设计和仿真分析奠定了基础。然后,根据地面弱力测量系统的热平衡方程和热控策略,筛选出了10个影响惯性传感器敏感结构温度稳定性的热设计参数,采用基于有限元仿真的Morris筛选法对热设计参数进行了局部灵敏度分析,得到了各参数灵敏度值。将具有相同量纲的热设计参数灵敏度分析结果进行比较,确定了对惯性传感器敏感结构温度稳定性影响较大的热设计参数主要包括:隔热层外表面发射率、隔热层内表面对流换热系数、真空舱与实验室地面间的接触热阻以及隔热层材料热导率。在热设计过程中,重点考虑上述热设计参数的选择。接着,依据惯性传感器地面弱力测量系统热环境分析结果和热设计参数的局部灵敏度分析结果,提出了基于三级被动热控结构和PID主动热控控制算法相结合的热设计方案,对地面弱力测量系统各部分热控措施进行了详细设计。同时建立了被控对象的数学模型,采用阶跃响应法进行了系统辨识,获得了被控对象的传递函数,并利用Matlab仿真软件进行离散控制仿真分析,确定了合理的主动热控系统PID控制参数。为了验证内热源水冷散热方案的可行性和合理性,进行了水冷散热能力验证试验,试验结果表明水冷系统可以满足内热源的散热需求,模拟内热源最大温度波动值为0.108K,能够实现内热源温度波动小于±0.1K的控温指标。最后,根据地面实验室的热环境特点,定义了高温工况、低温工况及高温无主动热控工况等三个热分析工况。利用热分析软件建立了地面弱力测量系统的有限元仿真分析模型,计算得到了各工况条件下地面弱力测量系统的温度场分布。热仿真结果表明,在高、低温工况条件下一级扭秤电极笼瞬态分析平衡后最大温度波动值为(1.0～1.6)×10-5K。将一级扭秤电极笼温度曲线在频域角度上进行表达,在0.1m Hz～1Hz的测量频带内,一级扭秤电极笼温度稳定性优于10-4K/Hz1/2,热控制系统能满足惯性传感器地面弱力测量系统的控温需求,热设计方案合理可行。
高低温液压控制系统的设计与开发
这是一篇关于自动控制系统,PLC,PID控制,液压控制系统,寿命试验台的论文, 主要内容为现代高性能飞机起落架结构设计的核心问题是如何实现长寿命、高可靠性和低维修成本。对起落架进行长时间、多次数的循环加载是一种常用的验证其使用寿命的试验方式。本课题即来源于某型飞机起落架高低温循环加载寿命试验台开发项目。起落架的循环加载寿命试验过程中,试验台液压油的温度、压力、流量稳定性以及加载设备的加载扭矩稳定性,是影响试验有效性和可靠性的关键因素,设计和开发优秀的试验台液压控制系统具有重大意义。本文设计与开发了高低温寿命试验台的液压控制系统,包括油源温度控制、压力和流量控制以及试验台工作状态监测。文章首先分析了试验台的工作原理、功能需求与性能要求,对控制系统开发的重难点进行了详细分析与研究;其次设计了控制系统的总体方案,对系统的核心硬件分别进行了选型分析与组态设计,并针对试验台油液温度控制与压力控制,设计了相应的控制器;接着开发了控制系统软件,并介绍了各功能模块的具体实现过程;最后,对本文所设计和实现的高低温液压控制系统进行了合理的现场安装,分别调试了温度与压力控制器,并记录了调试过程与结果。经过对高低温寿命试验台液压系统及其控制系统设计要求的分析与研究,本文最终设计的高低温液压控制系统由PLC、HMI、变频器及变频电机、执行器和传感器构成。液压油温度控制采用PID控制器,温度控制执行器是管路加热器,油循环温度控制机适时开启以加快控制响应。加载压差控制采用了一种带前馈通道的PI控制器,将压力设定值直接输出到比例溢流阀的同时,通过PI控制器抑制超调量、缩小控制误差。本文提供了一种高低温寿命试验台控制系统的设计方案与实现方法,经过现场测试,本文所设计的控制系统符合高低温寿命试验台的功能和精度要求,能顺利进行起落架的循环加载寿命试验。温度与压力控制器控制效果显著,保证了寿命试验台的试验质量。
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