混合煤气调节阀液压伺服系统自适应控制研究

【摘要】：钢厂利用生产过程中产生的大量高炉和焦炉煤气实施燃气—蒸汽联合循环发电工程,既实现了废物利用,又减少了环境污染。在循环发电工程中,混合煤气的压力控制主要是通过大型气动薄膜调节阀实现的,受气动执行机构滞环特性和气体可压缩性大等因素的制约,煤气压力难以控制在系统允许的范围内,这成为影响发电设备正常运行的主要原因。针对该关键问题,利用电液执行机构精度高、速度快、动作稳的特点,提出了电液伺服控制调节阀技术。围绕此项技术,本文做了如下的研究工作： 首先,文章综述了钢厂循环发电工程及其存在的问题,介绍了调节阀技术的国内外研究现状,叙述了液压伺服控制系统的组成、特征及发展趋势,阐述了课题的研究意义。 其次,设计了调节阀的电液伺服控制系统,通过计算,确定了系统的主要技术参数,选择了合适的系统元器件。分别用两种方式建立系统数学模型,先利用机理建模方式建立了调节阀电液伺服控制系统的非线性数学模型,通过对系统Bode图的分析,表明系统具有稳定性。然后利用图形化建模仿真软件AMESim建立了系统的物理模型,这种方法更大程度地考虑了系统的细节问题,保证了仿真结果更接近实际状况。 再次,在获得传递函数的基础上,针对液压伺服系统非线性、时变的特点,以及常存在着参数变化和负载干扰等因素的影响,深入研究一种控制策略。将自适应控制理论中,基于广义误差具有可调增益的模型参考自适应控制方法应用到调节阀伺服控制系统,建立了调节阀电液伺服系统自适应控制模型,这种控制方法只需要根据被控对象输入量和输出量来设计自适应控制系统,保证了系统的稳定性。借助于Matlab/Simulink仿真平台进行系统动态响应的仿真研究,并利用AMESim控制软件接口实现AMESim与Matlab的联合仿真,结果表明,调节阀伺服控制系统动态特性满足循环发电工程的要求。 最后,搭建了调节阀电液伺服控制系统实验台,对调节阀控制系统的性能进行了相关实验研究。通过实验研究可以看出,模型参考自适应控制器具有较好的抗干扰性和自适应性。结果表明,针对钢厂循环发电工程中调节阀电液伺服控制系统应用自适应控制策略完全可行有效。 【关键词】：调节阀 电液伺服系统 自适应控制 参考模型
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH137
【目录】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-15
• 第1章 绪论15-27
• 1.1 研究背景及意义15-16
• 1.2 调节阀发展历史及国内外研究概况16-19
• 1.2.1 调节阀简介16-17
• 1.2.2 调节阀的发展历史17-18
• 1.2.3 调节阀国内外研究概况18-19
• 1.3 液压伺服系统19-23
• 1.3.1 液压伺服系统含义及发展历史19-20
• 1.3.2 液压伺服系统的构成及基本特征20-21
• 1.3.3 液压伺服系统的分类及发展趋势21-23
• 1.4 自适应控制理论及应用现状23-24
• 1.4.1 自适应控制概述23
• 1.4.2 自适应控制的发展及应用现状23-24
• 1.5 课题的提出及主要研究内容24-27
• 1.5.1 课题的提出24-25
• 1.5.2 课题的主要研究内容25-27
• 第2章 调节阀伺服控制系统分析27-41
• 2.1 调节阀电液伺服控制系统27-29
• 2.2 调节阀技术要求及控制方式29-31
• 2.2.1 技术要求29-30
• 2.2.2 调节阀控制方式30-31
• 2.3 液压系统设计与元件选择31-39
• 2.3.1 液压缸的计算31-32
• 2.3.2 液压缸强度校核32-33
• 2.3.3 液压泵的选择33-34
• 2.3.4 选择液压阀34-35
• 2.3.5 管道的选择35-36
• 2.3.6 蓄能器的计算与选择36-38
• 2.3.7 选择滤油器38
• 2.3.8 确定油箱容积及其他38-39
• 2.4 本章小结39-41
• 第3章 调节阀伺服控制系统建模41-55
• 3.1 伺服放大器环节41
• 3.2 伺服阀环节41-42
• 3.3 阀控液压缸环节42-50
• 3.3.1 滑阀线性化流量方程43-45
• 3.3.2 液压缸流量连续性方程45-47
• 3.3.3 液压缸和负载的力平衡方程47-50
• 3.4 位移传感器环节50
• 3.5 调节阀伺服系统数学模型50-51
• 3.6 系统参数取值51-52
• 3.7 系统稳定性分析52-53
• 3.8 本章小结53-55
• 第4章 调节阀控制器的设计与系统仿真55-81
• 4.1 自适应控制理论55-57
• 4.1.1 自适应控制基本概念及原理55-56
• 4.1.2 自适应控制的种类56-57
• 4.2 自适应控制的理论基础57-61
• 4.2.1 李雅普诺夫稳定性理论57-58
• 4.2.2 李雅普诺夫第二法58-60
• 4.2.3 实函数60-61
• 4.3 模型参考自适应控制61-62
• 4.4 采用李雅普诺夫稳定性理论具有可调增益的自适应率的设计62-66
• 4.5 混合煤气调节阀伺服控制系统MRAC设计66-75
• 4.5.1 参考模型的确定66-67
• 4.5.2 自适应率的设计67-69
• 4.5.3 基于MRAC控制性能的仿真研究69-75
• 4.6 调节阀伺服控制系统建模及联合仿真75-80
• 4.6.1 AMESim软件介绍75-76
• 4.6.2 调节阀伺服控制系统建模76-78
• 4.6.3 调节阀伺服控制系统联合仿真78-80
• 4.7 本章小结80-81
• 第5章 调节阀伺服控制系统实验研究81-89
• 5.1 实验系统组成81-85
• 5.1.1 液压伺服控制系统部分81-83
• 5.1.2 计算机控制部分83-85
• 5.2 MRAC控制器的控制性能实验85-87
• 5.3 本章小结87-89
• 结论与展望89-91
• 参考文献91-95
• 攻读学位期间发表的学术论文95-97
• 致谢97-98
• 学位论文评阅及答辩情祝表98

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