工程机械多功能试验台控制程序设计和加载系统的仿真
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摘要
工程机械多功能综合试验台是长安大学根据工程机械工作装置和牵引性能研究的需要，结合先进的二次调节加载技术和DCS控制系统，新建的新型工程机械综合试验设备。
对试验台进行了整体介绍，并介绍了试验台所采用的二次调节加载技术的原理和国内应用情况，对比了与国内其它同类型试验台的异同点。
其次，为对试验台控制系统的体系有进一步认识，单独拿出试验台控制系统进行详细分析，明确控制系统体系特点和各组成部分的功能，并根据试验台控制需要，细致分析了恒速控制和加载控制过程。
再次，认识到PLC是整个控制系统的核心后，在对西门子S7-300PLC全面了解的基础上，根据试验台工作时的控制要求和第二章推导出的恒速控制和加载控制过程，通过S7-300PLC的编程软件STEP7，用梯形图语言编写出PLC控制程序，并进行程序调试试验，程序基本实现了控制要求。
最后，建立二次调节加载系统数学模型，并对模型进行简化。针对二次调节加载系统的非线性和时变特性，结合模糊PID自整定的控制方案，通过Matlab／Simulink软件，建立加载系统模糊PID自整定控制模型并仿真。仿真结果表明采用模糊PID自整定控制后使得二次元件输出动态响应性能大大改善，达到了预期的目标。
Construction machinery multifunction experimenting platform is a newly-built synthetic construction machinery experimenting equipment in Chang'an University , which adopts advanced technologies of secondary adjusting loading and the distributed control system , to meet the researching needs of the working equipment of construction machinery and traction performance.
Firstly, the experimenting platform was introduced as a whole in the paper, then the principle of secondary adjusting technology and domestic application were introduced , the similarities and difference were found comparing with other secondary adjusting loading equipment.
Secondly, control system of experimenting platform was specially analyzed for further understanding . According to the needs of controlling , the processes of constant velocity control and loading control were particularly deduced.
Thirdly , PLC is the core of whole control system. Based on comprehensive understanding to Simens S7-300 PLC , according to the control requirement and the processes of constant velocity control and loading control which were deduced in chapter 2. PLC control program was programmed by using software STEP7 and ladder diagram language. PLC control program basically achieved control requirement by program debugging.
Finally , the mathematical model of secondary adjusting loading system was set up and simplified. Pointing at nonlinear of secondary adjusting loading system , fuzzy auto-tuning PID mathematical model was set up and simulated by using Matlab/Simulink software. Simulation results implied that output dynamic response performance of secondary element improved greatly by adopting fuzzy auto-tuning PID control, the results attained expect aim .
对试验台进行了整体介绍，并介绍了试验台所采用的二次调节加载技术的原理和国内应用情况，对比了与国内其它同类型试验台的异同点。
其次，为对试验台控制系统的体系有进一步认识，单独拿出试验台控制系统进行详细分析，明确控制系统体系特点和各组成部分的功能，并根据试验台控制需要，细致分析了恒速控制和加载控制过程。
再次，认识到PLC是整个控制系统的核心后，在对西门子S7-300PLC全面了解的基础上，根据试验台工作时的控制要求和第二章推导出的恒速控制和加载控制过程，通过S7-300PLC的编程软件STEP7，用梯形图语言编写出PLC控制程序，并进行程序调试试验，程序基本实现了控制要求。
最后，建立二次调节加载系统数学模型，并对模型进行简化。针对二次调节加载系统的非线性和时变特性，结合模糊PID自整定的控制方案，通过Matlab／Simulink软件，建立加载系统模糊PID自整定控制模型并仿真。仿真结果表明采用模糊PID自整定控制后使得二次元件输出动态响应性能大大改善，达到了预期的目标。
Construction machinery multifunction experimenting platform is a newly-built synthetic construction machinery experimenting equipment in Chang'an University , which adopts advanced technologies of secondary adjusting loading and the distributed control system , to meet the researching needs of the working equipment of construction machinery and traction performance.
Firstly, the experimenting platform was introduced as a whole in the paper, then the principle of secondary adjusting technology and domestic application were introduced , the similarities and difference were found comparing with other secondary adjusting loading equipment.
Secondly, control system of experimenting platform was specially analyzed for further understanding . According to the needs of controlling , the processes of constant velocity control and loading control were particularly deduced.
Thirdly , PLC is the core of whole control system. Based on comprehensive understanding to Simens S7-300 PLC , according to the control requirement and the processes of constant velocity control and loading control which were deduced in chapter 2. PLC control program was programmed by using software STEP7 and ladder diagram language. PLC control program basically achieved control requirement by program debugging.
Finally , the mathematical model of secondary adjusting loading system was set up and simplified. Pointing at nonlinear of secondary adjusting loading system , fuzzy auto-tuning PID mathematical model was set up and simulated by using Matlab/Simulink software. Simulation results implied that output dynamic response performance of secondary element improved greatly by adopting fuzzy auto-tuning PID control, the results attained expect aim .
引文
[1] 师宇，王述彦，张志友．工程机械多功能综合试验台[J]．建筑机械，2005(9)
[2] 航天科工集团二院210所．工程机械多功能综合试验台技术设计报告．2004
[3] 航天科工集团二院210所．工程机械多功能综合试验台设计图册．2004
[4] 姜继海．二次调节静液传动闭环位置系统和PID控制[J]．工程机械，2000(5)
[5] 姜继海，赵春涛．二次调节静液压传动技术加载试验技术中的应用[J]．中国机械工程第12卷第五期，2001(5)
[6] 姜继海．二次调节静液压传动技术．液压气动与密封[J]，2000(12)
[7] 倪卫星．基于二次调节的多轴加载系统的控制方法的研究[D]，2003
[8] 李永堂，雷步芳，高雨茁．液压系统建模与仿真[M]．冶金工业出版社，2003
[9] 田联房，张日华等．次级调节伺服加载试验台研究[J]．机床与液压，1996
[10] 王晓东．基于二次调节原理的电液加载系统研究[D]．2003
[11] 姚怀新．工程车辆液压驱动系统性能模拟试验台研究[D]．2006
[12] 林德中国液压技术保证中心．长安大学工程机械液压底盘模拟试验台液压次级调节加在系统研究．2002
[13] www.gongkong.tom现场总线纵横谈[J]．2006
[14] www．ad．siemens．com．cn现场总线技术及PROFIBUS．2003
[15] 西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团．深入浅出西门子WinCC V6[M]．北京航空航天大学出版社，2004
[16] 西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团．深入浅出西门子S7-000PLC[M]．北京航空航天大学出版社，2004
[17] 冯太合，陈宇驹等．西门子S7-000PLC系列PLC及应用软件STEP7[M]．华南理工大学，2004
[18] 钟肇庆．可编程控制器原理及应用[M]．华南理工大学出版社．2004
[19] REXROTH．SYHNC 100-SEK／2X．1995
[20] 姚怀新．行走机械液压传动与控制[M]．人民交通出版社，2002
[21] 廖常初．PLC编程及应用[M]．机械工业出版社，2002
[22] 周恩涛．可编程控制器原理及其在液压系统中的应用[M]．机械工业出版社， 2003
[23] 汪晓平．PLC可编程控制器系统开发实例导航[M]．人民邮电出版社，2004
[24] 战兴群，张炎华等．二次调节扭矩加在系统动态特性的研究[J]．中国工程科学2000年7月第2卷第7期
[25] 路甬祥，胡大泫．电液比例控制技术[M]．机械工业出版社，1988
[26] 王春行．液压控制系统[M]．机械工业出版社，2004
[27] 李宜达．控制系统设计与仿真[M]．清华大学出版社，2004
[28] I．D．朗道，吴百凡译．自适应控制—模型参考方法[M]．国防工业出版社，1985
[29] 韩鲁晋．自适应控制[M]．清华大学出版社，1994
[30] 吴士昌，臧瀛芝．自适应控制系统[M]．机械工业出版社，1990
[31] 陈新海，李言俊等．自适应控制及应用[M]．西北工业大学出版社，1998
[32] 王立新．模糊系统与模糊控制教程[M]．清华大学出版社，2003
[33] 李国勇．智能控制及其MATLAB实现[M]．电子工业出版社．2005
[34] 陶永华．新型PID控制及其应用[M]．机械工业出版社．2002
[35] 刘金坤．先进PID控制及MATLAB仿真[M]．电子工业出版社．2004
[36] 邱晓琳，李天柁等．基于MATLAB的动态模型与系统仿真工具-Simulink 3.0／4.X[M]．西安交通大学出版社，2003
[37] 孙亮．Matlab语言与控制系统仿真[M]．北京工业大学出版社，2001
[38] 薛定宇，陈阳泉．基于MATLAB／Simulink的系统仿真技术与应用[M]．清华大学出版社，2002
[39] 姜继海，徐志进等．二次调节静液传动位置系统的模糊控制和试验研究[J]．哈尔滨工业大学学报，1998(12)
[40] 刘少军．现代控制方法及计算及辅助设计[M]．中南大学出版社，2004
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