基于STM32和伺服電機(jī)的高圍壓加載控制研究.pdf

1、近年來，水利水電工程得到了極大的發(fā)展，涌現(xiàn)了一批巨大而復(fù)雜的土石壩建設(shè)項(xiàng)目。大型土石壩數(shù)量的劇增帶來很多技術(shù)方面的難題，特別是大型土石壩壩基抗震設(shè)計(jì)參數(shù)難測定，成為建設(shè)施工方亟待解決的問題。目前壩基抗震設(shè)計(jì)參數(shù)的測定通常在實(shí)驗(yàn)室借助三軸試驗(yàn)來完成，而國內(nèi)外三軸試驗(yàn)中尚缺少能夠模擬300米(3MPa)壩高的高圍壓水壓加載系統(tǒng)，因此亟需設(shè)計(jì)一套具有較高靜態(tài)加載精度和較好動態(tài)特性的動三軸儀高圍壓徑向加載系統(tǒng)來滿足實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程的需求。本文在國

2、家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51275068)的支持下，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室三軸設(shè)備，開發(fā)出一套以STM32和交流伺服電機(jī)為核心的動三軸高圍壓水壓加載系統(tǒng)，本文的研究方法和內(nèi)容主要有以下幾個方面：
　　首先，通過對國內(nèi)外文獻(xiàn)研究成果的大量調(diào)研，詳細(xì)介紹了三軸試驗(yàn)高圍壓加載裝置的具體實(shí)現(xiàn)方式、水壓傳動技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及模糊控制的相關(guān)理論，提出了以單片機(jī)和伺服電機(jī)為控制核心的總體控制方案，并完成了相關(guān)硬件電路和機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)及選型。
　　其次，剖

3、析了交流伺服電機(jī)的矢量控制技術(shù)，重點(diǎn)建立了交直軸坐標(biāo)系下的電機(jī)雙閉環(huán)控制模型，進(jìn)而得出整個動三軸高圍壓加載系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并介紹了臨界比例帶法PID初值參數(shù)整定過程。
　　然后，針對動三軸高圍壓徑向加載系統(tǒng)控制對象非線性、參數(shù)時變性等復(fù)雜情況嘗試運(yùn)用模糊控制對PID參數(shù)進(jìn)行在線整定?；谙到y(tǒng)建立的模糊控制器和高圍壓加載系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，借助于Simulink工具箱，對系統(tǒng)進(jìn)行動靜態(tài)仿真和分析，仿真結(jié)果表明

4、模糊PID的動態(tài)特性和適應(yīng)性更好，相位滯后較常規(guī)PID減少了16.7％，綜合效果要好于常規(guī)PID。
　　最后，借助于LabVIEW和RVMDK軟件設(shè)計(jì)開發(fā)平臺，進(jìn)行了上位機(jī)界面和下位機(jī)程序的調(diào)試和設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作。通過實(shí)驗(yàn)的方法標(biāo)定水壓力與活塞位移之間的函數(shù)模型并用三階指數(shù)擬合其關(guān)系曲線。針對模糊PID和傳統(tǒng)PID，分別給定系統(tǒng)相同的輸入信號，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，模糊PID較傳統(tǒng)PID穩(wěn)態(tài)精度更高。階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)中超調(diào)量較