钢管包装电液伺服系统控制策略及其应用研究

本文紧密结合钢管加工制造厂的实际工程应用项目——“钢管捆智能成形打捆包装系统”的研制，开展了理论和实验的研究，其主要内容为： 第一章从钢管产品包装的重要性和钢管包装系统研制的必要性出发，介绍了国内外钢管捆智能成形打捆包装系统的现状，阐述了该系统所涉及的关键技术和研究状况及其发展趋势。接着，针对目前研究所存在的一些主要问题提出了解决思路，概括了本文的主要研究内容。 第二章介绍了钢管包装系统，具体阐述了钢管捆包的成形原理，详细分析了关键子系统(液压伺服钢管水平输送系统、液压伺服钢管竖直输送及堆放系统和全自动钢管捆扎包装系统)的工作原理和设计要求，并对系统采用的主要元器件进行了参数计算和选型。 第三章以非对称阀控非对称液压缸机构的非线性数学模型为基础，详细研究了钢管包装过程中的关键子系统(多液压缸驱动钢管输送及堆放电液伺服系统)的多自由度负载运动规律，建立了双缸及多缸伺服驱动情况下的系统非线性数学模型。并基于建立的系统模型，对影响钢管包装系统性能的非线性及不确定因素进行了相关的仿真分析，仿真结果说明了研究系统非线性及智能控制策略的必要性。 第四章主要研究双缸驱动钢管包装电液伺服系统的粗糙——模糊PID控制策略。首先针对双缸驱动钢管水平输送系统，研究了具有二级结构的模糊自调整PID控制策略及其有效性。其次考虑双缸驱动钢管竖直输送及堆放系统的智能性要求，融合粗糙集数据分析(RSDA)技术，研究了具有堆放误差自学习补偿能力的粗糙——模糊PID控制策略。实际系统运行结果验证了该控制策略的智能性和有效性。 第五章主要研究多液压缸驱动钢管包装电液伺服系统的QFT—NDOB控制策略。首先针对双缸驱动钢管竖直输送系统，采用定量反馈控制理论(QFT)和非线性系统扰动观测器(NDOB)设计原理，研究了QFT—NDOB控制策略及其有效性。其次针对多液压缸驱动钢管竖直输送系统，引入控制分配理论(CAT)，研究了扩展到多缸驱动情况的QFT—NDOB控制策略及其有效性。 第六章首先介绍了浙江大学自行研制的钢管捆智能成形打捆包装系统的硬件组成；其次对研制的钢管水平和竖直定位堆放电液饲服系统进行了不同控制器控制下的具体性能测试，结果表明本文提出的控制策略较常规的PID控制具有更好的智能性、自适应性和鲁棒性；最后将不同的控制策略应用到实际钢管捆成形打捆包装生产中，长期实际生产运行结果说明本文提出的控制策略可以使系统有效地达到其各项性能指标和要求。