基于STM32和伺服電機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)了一批巨大而復雜的土石壩建設項目。大型土石壩數(shù)量的劇增帶來很多技術方面的難題，特別是大型土石壩壩基抗震設計參數(shù)難測定，成為建設施工方亟待解決的問題。目前壩基抗震設計參數(shù)的測定通常在實驗室借助三軸試驗來完成，而國內外三軸試驗中尚缺少能夠模擬300米(3MPa)壩高的高圍壓水壓加載系統(tǒng)，因此亟需設計一套具有較高靜態(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)來滿足實驗和實際工程的需求。本文在國

2、家自然科學基金項目(51275068)的支持下，結合實驗室三軸設備，開發(fā)出一套以STM32和交流伺服電機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容主要有以下幾個方面：
　　首先，通過對國內外文獻研究成果的大量調研，詳細介紹了三軸試驗高圍壓加載裝置的具體實現(xiàn)方式、水壓傳動技術的發(fā)展現(xiàn)狀及模糊控制的相關理論，提出了以單片機和伺服電機為控制核心的總體控制方案，并完成了相關硬件電路和機械零部件的設計及選型。
　　其次，剖

3、析了交流伺服電機的矢量控制技術，重點建立了交直軸坐標系下的電機雙閉環(huán)控制模型，進而得出整個動三軸高圍壓加載系統(tǒng)的數(shù)學模型，在此基礎上分析了系統(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)時變性等復雜情況嘗試運用模糊控制對PID參數(shù)進行在線整定?；谙到y(tǒng)建立的模糊控制器和高圍壓加載系統(tǒng)數(shù)學模型，借助于Simulink工具箱，對系統(tǒng)進行動靜態(tài)仿真和分析，仿真結果表明

4、模糊PID的動態(tài)特性和適應性更好，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軟件設計開發(fā)平臺，進行了上位機界面和下位機程序的調試和設計，在此基礎上完成實驗驗證工作。通過實驗的方法標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，實驗結果表明，模糊PID較傳統(tǒng)PID穩(wěn)態(tài)精度更高。階躍響應實驗中超調量較