船用构件力学性能测试平台非线性控制方法研究

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1、学校代码：10289分类号：TH137密级：公开学号：129020029江苏科技大学专业硕士学位论文船用构件力学性能测试平台非线性控制方法研究研究生姓名钱慧洁导师姓名唐文献申请学位类别专业硕士学位授予单位江苏科技大学专业领域机械工程论文提交日期2015年4月30日研究方向先进制造系统及论文答辩日期2015年6月5日其使能技术答辩委员会主席潘宝俊评阅人2015年6月5日分类号：TH137密级：公开学号：129020029江苏科技大学硕士学位论文船用构件力学性能测试平台非线性控制方法研究学生姓名钱慧洁指导教师唐文献教授江苏科技大学二O一五年六月AThesisSubm

2、ittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonnonlinearcontroloftestplatformofmarinecomponentMechanicalpropertiesSubmittedbyQianhuijieSupervisedbyProfessorTangwenxianJiangsuUniversityofScienceandTechnologyJune，2015江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的

3、指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文

4、属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要随着船舶工业的迅猛发展，国内对于船用构件的检测已经无法满足现状，对船用构件多种项目检测的需求迫在眉睫。本文研究的船用构件力学性能测试平台是一种多功能试验机，可以对船用构件进行拉、压力测试，以及应急拖带等多种试验，其控制系统为电液伺服控制。液压伺服系统中普遍存在非线性因素，大多数研究人员忽略此因素进行建模，使得系统控制性能的分析不符合实际情况，因此研究非线性系统控制具有很重要的理论意义。本文结合测试平台的自身结构特点，重点考虑其中影响较大的非线性因素，建立测

5、试平台液压伺服系统的数学模型，并对此模型进行优化。通过Matlab中的Simulink模块将数学模型进行仿真，证明了优化后的模型有着较好的控制特性。本文主要研究内容如下：（1）根据测试平台的结构，分析其系统组成各部分的特性，以便建立测试平台控制系统的数学模型。电液伺服系统存在明显的非线性因素，主要为液压阀的流量-压力非线性和动力机构中的饱和、回环及摩擦等。运用泰勒级数近似线性化方法对系统模型进行线性化处理，得到测试平台控制系统的传递函数。（2）由于常规泰勒级数近似线性化模型线性化过程忽略了高阶项，与实际控制系统有一定偏差，而状态反馈线性化方法可以较完整的保留控制

6、系统的信息。基于此，本文考虑系统的非线性特征，建立控制系统的精确非线性数学模型，采用状态反馈精确线性化方法将非线性数学模型线性化，消除了系统中的非线性因素的影响，得到状态反馈精确线性化后的数学模型。应用线性二次型最优控制理论对状态反馈精确线性化后的数学模型设计控制器，得到最优控制率。（3）运用Matlab/Simulink仿真工具对整个控制系统进行仿真，分别对常规模型、添加PID控制器模型以及精确反馈线性化模型进行仿真，分析它们的控制性能，并研究了系统参数变化对控制性能的影响。仿真结果表明在状态反馈精确线性化的控制作用下，系统的响应时间减少了0.1s，超调量降低

7、了3%，具有良好的稳定性和跟踪性能，最后通过船用应急拖带试验验证本控制系统的有效性和可行性。关键词测试平台；电液伺服系统；非线性控制；泰勒级数近似线性化；反馈线性化；最优控制IAbstractWiththerapiddevelopmentoftheshipbuildingindustry，thedetectionoftheshipcomponenthasbeenunabletomeetthecurrentsituationinChina.Therefore，itisimperativetomeetthedemandfortestingavarietyofmari

8、necomponentp