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《基于lqr的剪切_闪光对焊机位置伺服控制建模与仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第31卷第1期焊接学报Vol.31No.12010年1月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONJanuary2010基于LQR的剪切—闪光对焊机位置伺服控制建模与仿真王宏文,李扬,冀海亮,王永伟(河北工业大学电气与自动化学院,天津300130)摘要:分析了剪切—闪光对焊的工艺过程及各阶段的作用,指出保证焊接质量的关2键因素是在保证焊接电压的前提下使待焊工件按给定的位移曲线s=kt运动,建立了液压伺服控制系统的数学模型,并对线性二次型控制的基本原理进行了详细的阐述,利用AMESim建模与仿真软件对液压伺服控制系统进行了分别采用L
2、QR控制与PID控制的仿真对比试验.结果表明,将LQR算法用于“剪切—闪光对焊”中,位置跟踪误差是传统PID控制器的六分之一,更能满足“剪切—闪光对焊”工艺对位置伺服系统的要求.关键词:线性二次型调节器控制;位置伺服控制;建模环境工程系统仿真软件中图分类号:TP202文献标识码:A文章编号:0253-360X(2010)01-0041-04王宏文0序言而成的液压装置.控制元件可以是液压控制阀或液压伺服型的变量泵等,执行元件可以是液压缸及液剪切闪光对焊的基本过程分为预热、闪光和顶压马达等.锻.预热可以提高焊件的端面温度,以便在较高的通过对具有代表性的阀控缸装置进行分析,
3、得[2]起始速度或较低的设备功率下顺利地开始闪光;闪出其数学模型光的实质是称作过梁的液态金属在焊件的间隙中形阀的线性化流量方程为成和快速爆破的交替过程,以此使焊件沿纵深加热QL=kqxv-kcpL(1)到合适且稳定的温度分布状态;顶锻则是一个快速式中:QL为负载流量;pL为负载压力;xv为滑阀阀的锻击过程,使焊件获得必要的塑性变形,从而使焊芯的位移;kq为阀的流量放大系数;kc为阀的流件界面消失,形成共同晶粒.在剪切闪光对焊机中量—压力放大系数.决定焊接质量最关键的问题是在保证焊接电压的前液压缸的流量连续性方程为2提下使要焊接的钢板按给定的位移曲线s=kt运dxpVt
4、dpLQL=Ap+++CtppL(2)动,因此位移给定是以时间为变量的“加速”输入信dt4βedt号.系统的稳态跟踪误差在采用PID控制方法时为式中:Ap为液压缸的有效面积;xp为液压缸活塞位系统开环放大倍数的1/k;采用二次型最优控制可移;Vt为液压缸的总容积;Ctp为液压缸总泄漏系数;[1]由全部状态变量构成的最优线性反馈来实现,以βe为等效容积弹性模数;t表示时间.跟踪误差为优化目标能取得优于PID的位置跟踪效液压缸与负载的力平衡方程为2果以达到提高钢板焊接质量的目的.dxpdxpAppL=Mt2+Bp+kxp+FL(3)dtdt1液压伺服控制系统数学模型式中:
5、Mt为活塞及负载的总质量;Bp为活塞及负载的粘性阻尼系数;k为负载的弹性刚度;FL为作用在液压动力机构是液压控制元件和执行元件组合活塞上的任意外负载力.将式(1)～式(3)进行拉氏变换消去中间变量,收稿日期:2008-10-13在忽略系统的弹性负载和粘性阻力时,得出液压缸基金项目:河北省科学技术研究与发展计划项目(06212174D)输出位移对给定输入位移的传递函数为©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net42焊接学报第31
6、卷xp(s)kvG(s)==(4)(s)2xvs2ξn2LQR控制器设计与仿真s(2+s+1)ωnωn式中:kv为活塞的速度放大系数;kv=kq/Ap;ωn为LQR控制算法是基于状态方程xÛ=Ax+Bu,在24βeAp选定最优加权矩阵Q,R的基础上,确定最优控制输液压固有频率,ωn=;ξn为液压阻尼比,ξn=-1TMtVt入u(t)=-Kx(t)+RBg(t)的最优反馈增益矩kceβeMt阵K以及前置滤波器g(t),使系统的输出矢量Y(t),kce为总流量压力系数,k=Ctp+kc.ApVt尽量接近期望输出矢量Yr(t),也即使误差矢量由于伺服阀的频宽往往会比系统的频
7、带高出很e(t)=Yr(t)-Y(t)尽量小,但同时也要求控制变量多,故伺服阀可看成一个放大环节.因此,电液伺服满足实际物理系统的功率要求.因此选定二次型性∞系统可以近似地看成由积分环节加振荡环节组成的TT能指标函数J=∫(eQe+uRu)dt,能使它达到极三阶系统.0ka小值的U(t)就是最优控制输入.G(s)=(5)22ξTs(s+ns+1)被积函数中的第一项Lx=eQe,若e表示误差2ωnωn矢量,那么Lx表示误差平方.Q为半正定矩阵,通式中:ka为开环放大系数,ka=kikskv;ks为伺服阀的常是对角线常阵,对角线上的元素q1t分别表示对相
