基于定量反馈理论（qft）的电液伺服三轴仪系统设计

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文基于定量反馈理论(QFT)的电液伺服三轴仪系统设计研究生：马自超指导教师：王云副教授2014年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterResearchonthecontrolsystemofServoTriaxialApparatusBasedonQuantitativeFeedbackTheory(QFT)Candidate:MaZiChaoSupervisor:Prof.WangYunDecember，2014摘要目前，电液伺服技

2、术被广泛应用于诸如航空航天、石油化工、工程机械和实验仪器等领域。电液伺服技术在实验设备的应用，主要是利用电液伺服技术的响应速度快、控制精度高、功率输出大等优点。目前我国试验机还处于发展阶段，虽取得了一些成就，但由于设计研发相对滞后、缺乏核心技术、无法从根本上解决产品的稳定性和可靠性问题，导致该行业与国外试验机仍有巨大的差距。特别是在高端仪器上，进口产品基本处于垄断地位。本论文设计的伺服三轴仪采用电液伺服加载，以定量反馈(QFT)为依据为每个系统设计了一个QFT控制器并详细分析了QFT控制器的性能。第一章：阐述了三轴仪的基本概念，讨论了土工三轴仪的类型以及在土木

3、建筑领域中的应用、国内外研究现状、本论文的课题背景与意义及研究内容。第二章：对系统机械结构部分进行了设计包括压力室、加载支架及压力转换装置；对液压伺服系统部分进行了详细匹配计算及对液压元件进行了选型；对电控部分进行了设计规划，并按照实际试验加载的需求编写系统了控制程序。第三章：对电液伺服三轴仪的轴向控制系统与径向控制系统建立了动力学数学模型；详细分析了三轴仪两个系统的稳态性能，并利用Matlab/Simulink软件结合Bode稳定判据对系统进行了校正。第四章：对三轴仪各伺服系统进行了QFT控制器设计。介绍了QFT的基本概念，并结合系统所选的各元件的实际参数，

4、设计了各系统的QFT控制器，并详细讨论了QFT控制器的设计性能。第五章：利用AMESim多体动力学软件建立液压伺服系统的动态模型代替前面的传递函数模型，并利用Simulink与AMESim软件的各自优势进行了系统联合仿真。更接近实际情况地分析了QFT控制器对系统压力波动和摩擦力等非线性因素具有抑制的作用。本文为电液伺服三轴仪的应用研究打下了良好的基础。关键词：定量反馈理论（QFT）；AMESim；Matlab/Simulink；电液伺服系统IABSTRACTFornow,electro-hydraulicservotechnologyhasbeenwidely

5、usedinfieldssuchasaerospace,petrochemical,constructionmachinery,civilconstructionandlaboratoryinstruments.Theapplicationofelectrohydraulicservotechnologyintheexperimentalequipmentismainlybecauseitssmallmassperunitofpower,fastresponsespeed,loadstiffness,highcontrolprecision.Thecurren

6、ttestingmachineinourcountryisstillinthestageofdevelopment,althoughtherehavebeensomeachievements.However,duetotechnologyandinnovationandotherareas,thereisstillahugegapbetweenthedomesticandforeigninthetestingmachineindustry,thelackofcoretechnology,productstabilityandreliabilitywhichca

7、n’tbefundamentallyresolved.Thehighpreciseinstrumentsstillheavilydependonimportations.InthispaperthedesignoftheTriaxialInstrumentusetheelectrohydraulicservoloadingsystemandquantitativefeedback(QFT)asthebasis,andthenforeachsystemdesignaQFTcontroller.FinallytheQFTcontrollersareanalyzed

8、theperformanceindet