液压同步顶升控制系统的设计与研究硕士学位6358558.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流液压同步顶升控制系统的设计与研究硕士学位6358558.精品文档.硕 士 学 位 论 文液压同步顶升控制系统的设计与研究分类号（中图法） TP273 UDC (DDC)： 620 密级 公 开 论文作者姓名 * 学号 0930604020 单位 河 海 大 学 论文中文题名 液压同步顶升控制系统的设计与研究 论文中文副题名 无 论文英文题名 Design and Research of Hydraulic Synchronous Lift Control System 论文英文副题名 None 论文语种汉论文摘要语种 汉、英 论文页数 91

2、论文字数 5.4（万）论文主题词液压同步顶升控制、电液比例减压阀、灰色预测模糊控制、Matlab、WebAccess 申请学位级别 硕 士 专 业 名 称 控制理论与控制工程 研究方向 计算机测控系统 指导教师姓名 * 导师单位 河海大学 能源与电气学院 论文答辩日期 2012 年 月 日 Design and Research of Hydraulic Synchronous Lift Control SystemDissertation Submitted toHohai UniversityIn Fulfillment of the RequirementFor the Degree o

3、fMaster of EngineeringbyZhonghao Li(Institute of Energy and Electrical)Dissertation Supervisor: Associate ProfessorGuo-fang LvMarch, 2012 Nanjing, P.R.China学位论文独创性声明：摘 要大型建筑物顶升平移技术作为一种新型的建筑物改造技术，以其施工快捷、经济实惠、效果良好等优点，已在国内外大型建筑物改造工程中得到了广泛的应用，是一项具有广泛应用前景的新型技术。然而普通的顶升技术常常无法保证顶升精度和稳定性，而且工作量大、容易拖延工程时间、影响工作

4、效率，并且容易发生安全隐患。针对这种情况，在分析已有系统的利弊后，本文基于中海油油品1#汽车装车台整体升高改造工程，在利用现代测量理论和技术的基础上，结合同步顶升理论和控制算法，研究并设计了一套液压同步顶升控制的设计方案。在本文中，首先就建筑物顶升平移技术的国内外发展水平进行了分析、研究，而后针对实际的工程项目提出了一种利用电液比例减压阀+可编程逻辑控制器+组态软件设计的控制系统。然后对各种控制算法进行了介绍，针对控制要求选用了一种灰色预测模糊控制算法作为系统的控制策略，并且结合电气和机械部分的数学模型，在Matlab中通过Simulink工具搭建了控制系统的模型进行仿真，从理论上验证了控制策

5、略的可行性，并通过与传统PID、普通模糊控制算法的仿真比较，突出了该控制策略的先进性。详细描述了设计的控制系统硬件系统和上位机的监控软件：硬件系统主要包括液压系统、电液比例减压阀、PLC控制柜、检测传感器、上位机等模块；监控软件包括上位机人机界面、PLC控制软件两大部分，上位机专用的人机交互界面（HMI）采用研华WebAccess7.0版本的网际组态软件作为平台开发而成，PLC控制软件采用三菱专用编程软件GX-DEVELOPER V8.52E编制了梯形图控制程序；设计了PLC与WebAccess的通讯模块，详述了通信方式及通信协议。最后，针对本项目中的不足和出现的诸多问题，提出了以后需要进一步

6、提高和研究的方向。关键词：液压同步顶升控制 电液比例减压阀 灰色预测模糊控制Matlab WebAccessAbstractThe technology of lifting and translation of Large buildings is a new type of building reconstruction technique,with its fast construction, affordable,good effect and other advantages,it has set up a wide range of applications in the larg

7、e building renovation engineering at home and abroad,and it is a new technology which has a wide application prospects.However, ordinary lifting technique is often not only ensure lifting accuracy and stability,but also has a big workload, is easy to delay the project time, influences the working ef

8、ficiency, and is prone to safe hidden trouble. In view of this situation, after the analysis of the advantages and disadvantages of the existing system，based on the oil 1 # loading stage whole lifting reconstruction project of CNOOC, this article has designed a set of hydraulic synchronous lifting c

9、ontrol design scheme,in the use of modern measuring theory and technology, and on the basis of the synchronous lifting theory and control algorithm.In this article,firstly,it researchs the development level of building lifting and translation technology at home and abroad, and then designs a kind of

10、 control system which makes use of Electro-hydraulic proportional pressure reducing valve + PLC + SCADA based on the actual engineering project.After that,it introduces all sorts of control algorithm,and chooses the grey prediction fuzzy control algorithm as the system control algorithm to the reque

11、st of control. Combined with the mathematical model of electrical and mechanical parts,it builds the model of control system through Simulink tool and simulated in Matlab, proves the feasibility of the control strategy theoretically, and highlights the advanced nature of the control strategy through

12、 comparison with the traditional PID,common fuzzy control algorithm.Then it designs the hardware system and the monitoring system,the hardware system mainly includs hydraulic system,electrohydraulic proportional pressure reducing valve, PLC control cabinets,sensor,and so on. Monitoring system uses W

13、ebAccess7.0 as the development platform, in which develops the man-machine interface (HMI); PLC control software uses the special programming software GX-DEVELOPER V8.52E of Mitsubishi compile the ladder diagram control program; designing the communication module between PLC and WebAccess,and descri

14、bing the communication mode and communication protocol.At last, according to the deficiencies and problems occurred in this project, we puts forward the direction that we need to improve and research in future.Key words: Hydraulic synchronous lift control; Electro-hydraulic proportional pressure red

15、uction valve; Grey prediction fuzzy control; Matlab; WebAccess目 录摘 要IAbstractII目 录IV第一章 绪论11. 1 研究背景11. 2 本课题在国内外的研究动态11. 2. 1 国外同步顶升技术的研究现状21. 2. 2 国内同步顶升技术的研究现状21. 3 课题在实际应用方面的意义、价值3第二章 系统总体设计72. 1 建筑物同步顶升72. 1. 1 顶升工作原理72. 1. 2 设计目标和功能82. 2 系统总体框架92. 3 液压同步顶升控制系统主要电气原理图102. 4 监控模式的选择11第三章 灰色预测模糊控

16、制算法123. 1 控制策略的选择123. 2 模糊控制183. 2. 1 模糊控制的概念和发展183. 2. 2 模糊控制系统193. 2. 3 模糊控制器203. 2. 4 液压控制系统模糊控制器的设计233. 3 灰色预测系统的设计363. 3. 1 灰色系统理论363. 3. 2 灰色预测模型373. 3. 3 GM(1,1)预测模型的设计373. 3. 4 灰色等维新息模型的设计403. 3. 5 灰色预测模型的精度检验413. 4 灰色预测模糊控制系统的设计42第四章 灰色预测模糊控制的计算机仿真444. 1 控制算法仿真444. 2 液压控制系统模糊控制器MATLAB环境下的设计

17、444. 2. 1 MATLAB概述444. 2. 2 FIS编辑器的设计454. 2. 3 隶属函数编辑器的设计464. 2. 4 模糊规则编辑器的设计474. 2. 5 规则观察器484. 2. 6 曲面观察器494. 3 液压控制系统模糊控制器MATLAB环境下的仿真494. 3. 1 Simulink概述494. 3. 2 控制对象传递方程的建立504. 3. 3 液压控制系统的仿真53第五章 基于灰色预测模糊控制的液压同步顶升控制系统的设计595. 1 液压同步顶升控制系统595. 2 液压同步顶升控制系统的硬件设计595. 2. 1 液压系统595. 2. 2 电液比例减压阀615

18、. 2. 3 可编程逻辑控制器625. 2. 4 PLC编程软件655. 2. 5 PLC编程语言665. 2. 6 检测传感器675. 3 监控组态软件设计715. 3. 1 组态软件介绍715. 3. 2 WebAccess网际组态软件725. 3. 3 基于WebAccess的人机交互界面设计735. 4 PLC与组态软件WebAccess的通信76第六章 总结与展望786. 1 总结786. 2 展望79参考文献80致 谢82第一章 绪论1. 1 研究背景随着我国国民经济和城市建设的飞速发展，像城市规划、旧城改造、道路拓宽这样的建筑工程剧增，尤其是各种公路、铁路、大桥的建设与改造更是成

19、为了经济发展的动脉。这些建筑工程在实施过程中经常会遇到两类问题：一类是进行规模较大的工程建造，需要对一些体积大、重量大的工程建筑物局部体进行精确的整体抬升，比如桥梁建设中的桥面路段建造、提高桥梁净空等，有时候甚至要求在不中断交通的情况下进行桥梁支座的更换；另一类是工程规划与原有的建筑物发生冲突矛盾，不少建筑物因为规划的原因不得不拆除1。但其中一些建筑物因为建成时间不长，仍然具有很大的实用价值，尤其是一些古建筑，或属于受保护的文物，或是具有一定象征意义的人文景观，如果对其拆除，损失更是难以估计。有时为了减少损失，不得不修改原来的规划，这样就可能给城市建设造成了永久的缺憾，甚至会产生新的问题2。同

20、步顶升技术或称同步移位技术的出现，成为了解决这一矛盾的重要方法和手段，很好地解决了这一难题。所谓同步顶升（移位）技术，就是在保证建筑物结构的整体性和使用功能的前提下，采用一系列机械的或者其它的手段使建筑物整体平稳的升降、平移，从而达到建筑物整体移位的目的。同步顶升（移位）技术最早源于大型设备与建筑物移位（顶升、平移），大型建筑物整体迁移技术是指在保证大型建筑物主体结构完整和使用功能的前提下，将其从原址迁移到新址的技术。主要包括建筑物水平方向的平移、旋转、纠偏等；同时还包括建筑物垂直方向的顶升，如桥梁的加高或支座的更换、房屋纠倾以及顶升调坡等。其基本原理是：首先将建筑物顶起，托换到托梁上，在托梁

21、下安装行走或支撑动力系统，然后将建筑物与原基切断，使建筑物成为可移动体，通过施加动力将建筑物整体迁移到指定位置，就位后再进行新的连接。1. 2 本课题在国内外的研究动态近年来，国内外已经有大量采用顶升技术进行大型建筑物顶升、平移及大型设备结构的位移中的应用成功的范例，并且应用范围日益扩大。1. 2. 1 国外同步顶升技术的研究现状通过查找资料可知，国外的顶升技术在实际工程中应用的比较早，比如古建筑物的移位、更换桥梁支座、顶推梁体等。世界上最早的建筑物整体移位技术出现在新西兰，工程技术人员采用蒸汽机车作为牵引装置，将新普利茅斯市的一座一层民宅移到新址3。1901年，美国依阿华大学由于校园扩建，将

22、三层高、重约6000KN的科学馆进行了整体平移，为了绕过另一栋楼，在移动过程中采用了转向技术，将其旋转45度，这一技术在当时的土木工程界引起了极大的兴趣和广泛的评论，这座楼至今仍在使用，已经经受了100多年的考验4。金门大桥是世界闻名的桥梁之一，是近代桥梁工程的一项奇迹。大桥雄峙于美国加利福尼亚州宽1900多米的金门海峡之上，历时4年和10万多吨钢材，耗资达3550万美元建成，大桥全长达2000米，桥面宽27.4米，造型宏伟壮观、朴素无华。为了保证大桥能够承受住潜在的地震威胁，在2002年，Balfour Betty建筑公司和ENERPAC公司利用液压控制同步顶升系统在不中断交通的情况下对金门

23、大桥进行了抗震改造。金门大桥抗震改造完成已经有好几年的时间了，经实践检验，其加固效果良好5。2004年由法国总统希拉克亲自剪彩竣工的法国米劳大桥是世界上最高的大桥，高达343m，桥面长2460m，宽27.35m，总重36000t6。国内有关专家曾经形象地说：“这几乎就是在比东方明珠矮一点的高空建造一段长2公里的高架道路”。桥梁下面不是一马平川的大地，而是一条深深的山谷，在如此高的位置上进行如此大规模的施工建设对人类自身而言就是一个极大的挑战7。为了解决在深谷中架设临时桥墩、重型钢结构桥面架设等施工难题，美国实用动力集团公司和ENERPAC欧洲工程中心采用计算机控制同步顶升系统和以超高压液压为动

24、力的全自动智能化控制桥面平推系统成功地解决了大桥建造中的技术难题8，一方面采用计算机控制同步顶升系统辅助桥墩建造，帮助桥墩升高到77米到245米不等；另一方面采用特殊设计的计算机控制超高压液压平移系统，解决大桥钢结构桥面平移就位难题。1. 2. 2 国内同步顶升技术的研究现状在国外，关于先进顶升机械设备的应用很普遍，尤其是对桥梁支座进行更换时，也主要使用了整体同步顶升技术。在国内，顶升技术从50年代才开始发展，起初应用于铁路桥梁的架设、移位和落梁；从八十年代末起，液压同步顶升技术开始在我国迅猛发展，先后应用于上海石洞口第二电厂、上海东方明珠广播电视塔钢天线桅杆整体提升、北京西客站主站房钢门门楼

25、整体提升、浦东机场停机库提升以及上海大剧院钢屋架整体提升等一系列重大建设工程中，获得了巨大的成功9。在公路建设方面，顶升技术最初仅仅被用于单片预制梁的架设和移位。2003年9月，跨越海河的狮子林河桥和北安桥被分别顶升1.271米和1.50米，成为我国首次进行的桥梁整体升高工程。上海音乐厅建于1930年，原名南京大戏院，具有欧洲古典主义风格的建筑，被誉为“上海的巴黎歌剧院” 7。2002年，为市政建设的需要对其进行平移约66.46m，并且顶升3.38m。音乐厅结构空旷，空间刚度较差，且结构强度很低，将如此风格和结构类型的优秀保护建筑整体移位，在国内尚属首例，在施工难度上堪称国内之最，顶升高度在世

26、界上也属罕见。音乐厅整体移位工程开发了一套具有四组共59台高精度顶升液压缸的计算机控制同步顶升和顶推系统，将建筑物第一次顶升1.7m，然后依靠有自动控制能力的4路同步顶推系统，将建筑物推移至预定位置，再进行第二次顶升1.68m10。 吴淞大桥是一座连续梁桥，桥墩采用的是桩柱结构。由于北引桥的桥面高度太低，按照传统的施工方法，需把北引桥全部拆掉，然后再重新建造一座高度和立交高架桥相等的引桥与之相接。但是这样做的话不仅要封闭交通，而且经济损失也很大。施工技术人员经过3个月的艰苦攻关最终设计出了一套整体同步顶升方案，平均将原桥顶高了0.85米。与房屋建筑相比，吴淞大桥是线性结构，顶升的难度更大11。

27、施工队将大桥立柱上的盖梁和板梁稳稳托住，然后将立柱割断，用12只顶力为150吨以上的千斤顶将桥面同步地顶升到了预定高度。利用此方案施工比拆桥重建省一半时间，不需要占用周围的道路，并且将投资节省了35%。经过精密的仪器检测，北引桥整体顶升获得了成功，桥面没有裂缝，对接良好。1. 3 课题在实际应用方面的意义、价值青岛中海油油品1#汽车装车台为二层混凝土框架结构，5.1米标高处为一层平台，9.9米标高处为二层平台（二层层高为4.8米），13.5米标高处为檐口，檐口高度8.4米；该工程共两排柱，每排6根，排距6米，每排柱间距为10米；钢筋砼独立基础，基础埋深1.5米，基础底标高为3.6米，基础顶标高

28、为4.2米，一层地面标高为5.1米，屋顶为网架结构，底层柱侧面安装有部分设备及管线。由于装车台净空高度不够，影响装车，要求整体升高1.2米。通过分析已有系统的利弊，结合电子技术、PLC控制技术，本文研制开发了一套以电液比例减压阀+可编程逻辑控制器+组态软件为核心设计的液压同步顶升控制系统。为了使得控制更加精确，本文考虑了更多可能会影响顶升效果的因素后，在控制中加入了模糊控制算法，对输出量进行优化控制，并且为了解决模糊控制响应时间长的问题，以及减小扰动信号对模糊控制造成的不良影响，在模糊控制的反馈环节加入了灰色预测模块构成灰色预测模糊控制系统，结合电气和机械部分的数学模型循序渐进地建立起仿真模型

29、，从理论基础上证明了算法的可行性，使得控制更加精确、顶升更加安全。该系统能全自动完成同步顶升过程，实现位移控制、过程显示、故障报警等多种功能，控制精度更高，操作更加简单，整体安全可靠，并且提供了远程监控的功能，方便专家进行远程指导、远程会诊。全文安排如下：第一章：绪论，本章主要阐述了本课题的研究背景、国内外的研究状况和实际意义。第二章：系统总体方案的设计。本章首先介绍了建筑物顶升的步骤，然后介绍了系统的总体框架、设计思想及监控模式的选择，并且绘制了系统电气原理图。第三章：系统控制算法的设计。本章首先详述了控制系统各种控制策略，并且将其优缺点进行了比较。针对控制要求选用了一种灰色预测模糊控制算法

30、作为系统的控制算法，然后对该控制理论进行了分析，并且进行了控制器的设计。第四章：控制算法的计算机仿真。本章首先在Matlab环境下进行控制器的设计，然后建立了控制对象的传递方程，利用Simulink工具进行了算法仿真，并与其他算法进行比较，从理论上证明了灰色预测模糊控制策算法的可行性和优越性。第五章：系统软硬件的设计。本章详细介绍了液压同步顶升系统，从液压部分和电气部分介绍了系统硬件方面的设计，并简述了位移传感器误差标定的方法及算法；软件方面主要对用WebAccess7.0网际组态软件制作的监控界面进行了设计，最后进行了上-下位机通信的设计。第六章：总结与展望。本章主要对本文的研究成果进行了总

31、结，针对本项目中的不足和问题，提出了以后需要进一步提高和研究的方向。第二章 系统总体设计2. 1 建筑物同步顶升2. 1. 1 顶升工作原理建筑物同步顶升一般分为承压、顶升、保持和带载下降四步:(l)承压在顶升前，要将建筑物与支柱连接处打断才可以进行顶升操作，在打断前要让液压千斤顶代替支柱来承受建筑物的重量，这就要求油泵可以单独给某个液压千斤顶供油使其进行单独顶升，根据建筑构件图估算出各个顶升点近似的载荷值，调节各顶升点的顶升力。为了避免计算误差以及确保工程安全，初始顶升力应略小于计算的近似载荷值。待各顶升点调整好后，调节各电液比例减压阀使其出口压力逐步增加，且每次增加的压力要固定，并根据位移

32、传感器的采样数据来判断是否产生位移。当各顶升点由于压力变化使其施力超过顶升点的载荷时，千斤顶活塞伸出使该点产生位移，压力和位移的实时变化通过压力传感器和位移传感器传回计算机。当位移传感器测得微小位移时，和该位移传感器对应的千斤顶停止动作，即相关的电液比例减压阀出口压力停止变化，当所有的出口压力稳定后，建筑物的重量完全由千斤顶承载，此时建筑物处于“悬浮”状态，承压步骤结束。(2)顶升在实际工程中，建筑物要求提升的高度往往大于千斤顶的量程，鉴于这种情况，通常系统会采用分步顶升法，即将整个顶升过程分成了很多小步，每次顶升一小步。例如此次工程要求顶升1.2m，即1200mm，液压千斤顶的量程为100m

33、m，通过测试发现千斤顶在接近满量程的部分非线性比较严重，因此将整个顶升过程分作15个小步，每次顶升80mm，逐次完成顶升过程。开始顶升后，按照采样周期采样得来的位移判断所有顶升点的同步情况，设R为预先设定的千斤顶行程，即分步顶升每一次的高度，位于顶升点处的位移传感器将顶升数据S实时地传回来，通过控制策略进行计算，输出到电液比例减压阀控制出口压力，进而控制液压千斤顶来调节顶升的位移，从而达到控制顶升过程平稳、顺利地进行。当S= R时，相应的千斤顶停止工作，阀门关闭，千斤顶锁死。待所有顶升点都完成顶升工作后，液压泵关闭，接下来就可以进行数据记录等一系列工作，并为下一步的顶升工作做准备。对于每步顶升

34、中的位移精度，可以通过智能控制算法来提高。本步产生的误差，在下一步顶升中可以消除，因此最终顶升误差由最后一步的顶升误差决定。此种方法控制精度较高，控制方法简单，便于计算机控制，自动化程度高。(3)保持当顶升工作完成后，建筑物处于悬浮保持状态，为后续施工的需求，必须暂时保持顶升位置不变，而千斤顶通过高压油管进、回油，一旦油管受损爆裂，后果不堪设想。为确保安全，每个千斤顶都安装了液控单向阀。保压精度和最大保压时间主要由液压系统中所使用的液压元件的制造精度、密封性决定7。单靠液控单向阀进行保压，保压时间不能太长，因为即使制造精度再高，密封性再好，也无法避免泄漏，可以将千斤顶上自带的橡皮圈旋起使千斤顶

35、不能由于压力大而自动回油，构成了双保险，既决了安全问题，又为顶升作业带来方便，允许千斤顶在任意位置停留，同时，施工队伍在短时间内对隔断处进行焊接，尽量减少施工风险。(4)带载下降带载下降是在顶升以及后续的施工全部完成后，将建筑物降回到原始的位置的过程，一般应用于更换桥梁支座的工程。针对此次工程不需要使用此功能，所以在系统中没有设计该功能。此过程实质上就是顶升过程的逆过程，承受的负载相同，下降方法也相似，只是位移方向相反而已。2. 1. 2 设计目标和功能青岛中海油油品1#汽车装车台为二层混凝土框架结构，共两排柱，每排6根，钢筋砼独立基础，屋顶为网架结构，底层柱侧面安装有部分设备及管线。由于装车

36、台净空高度不够，影响装车，要求整体升高1.2米，基于装车台整体升高改造工程的需求，本文在利用现代测量理论和技术的基础上，结合同步顶升理论和控制算法，研究了一套液压同步顶升控制的设计方案，完成建筑物同步顶升工作中的承载-顶升-保持的过程。该系统能全自动完成同步顶升过程，实现位移控制、压力控制、过程显示、故障报警、参数检测记录等多种功能；该系统控制精度更高，操作更加简单，整体安全可靠，同时提供了远程监控的功能，方便专家进行远程指导、远程会诊。2. 2 系统总体框架液压同步顶升控制系统由PC机、可编程逻辑控制器（PLC）、电液比例减压阀、压力传感器、位移传感器、现场智能监控节点、液压设备及数据库服务

37、器组成。系统整体结构图如图1所示：图2-1 系统结构框图注：图中只画出一个顶升点，即一根支柱的情况，在实际工程中，往往需要多个顶升点，一个顶升点处放置2组千斤顶（外侧千斤顶和内侧千斤顶），一个位移传感器、一个应变片。在满足液压泵负载要求的前提下，千斤顶可以通过分配器连接到同一个液压泵上。在实际工程中，大型建筑物往往都是体积庞大、重量超重并且分布不均。液压执行机构具有功率重量比大，通过管道便可以进行能量分配和能量传递，易于实现直线运动等特点，因此对大型建筑物进行顶升一般都采用液压执行机构12。液压动力系统由一个或多个液压泵、电液比例减压阀、多组千斤顶等动力执行机构组成。液压泵和千斤顶之间由高压输

38、油管道连接，液压泵和千斤顶可以根据工程实际需要自由配置，进行重构使用。在本文的设计中，每一个顶升点对应有内侧和外侧2组千斤顶，2组千斤顶交替顶升可以解决1组千斤顶顶升过程中更换垫块麻烦的问题。如图2-1所示，泵站由可编程控制器PLC对其阀件进行控制，使千斤顶、液压泵、电液比例减压阀等按要求动作。主控计算机通过串口通讯向下位机的PLC发送控制指令，然后由PLC完成对泵站的实时控制；同时，PLC采集各组千斤顶的阀件状态、压力传感器和位移传感器的状态值上传给主控计算机，完成上位机和泵站之间数据、指令的双向实时传输。位移传感器采集到的位移初步处理由可编程控制器PLC完成，比如进行一些对数据的放大、缩小

39、等操作来满足上位机的要求。在对建筑物进行顶升时，位移传感器放置在建筑物上，直接测量建筑物的位移，而不是测量单个千斤顶的位移，位移传感器并不属于某一个千斤顶，而是一组千斤顶共同作用的结果。主控计算机根据采集来的位移进行比较、决策，然后向PLC发送控制指令，控制与位移传感器相关联的千斤顶动作。从控计算机主要用来运行建筑物结构分析软件，贴在牛腿里面的钢筋上的应变片通过信号线将信息传回计算机，可以通过电脑来观察应变片在支柱打断前、后以及在顶升过程前、中、后的变形情况来分析建筑物整体变形情况。2. 3 液压同步顶升控制系统主要电气原理图电气控制线路是用导线将电动机、电器，仪表等元器件按一定的要求连接起来

40、，并实现某种特定控制要求的电路。电气控制线路的设计分为主线路设计和辅助线路设计。主线路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电动机之间相连的电器元件，一般由组合开关主熔断器接触器主触点热继电器的热元件和电动机等组成。图2-2即为液压同步顶升控制系统的主回路接线图。其中FU为保险丝，QF为空气开关，KM为接触器，FR为热继电器。辅助线路指的是控制中除主线路以外的线路，其流过的电流比较小。辅助线路包括控制电路照明电路信号电路和保护电路。其中控制电路是由按钮接触器和继电器的线圈及辅助触点热继电器触点保护电器触点等组成。图2-2 液压同步顶升控制系统主回路接线图2. 4 监控模式的选择液压同步

41、顶升控制系统往往应用在建筑物整体移位、建筑模板自动爬升、大型设备起重安装等领域,操作对象往往是大型物体，因此施工过程中的安全是一个至关重要的问题，这就对施工单位的安全施工提出了比较高的要求。一方面要求我们所设计的系统具有更高的稳定性；另一方面可以考虑操作人员及其设备远离施工危险区域。因此我们设计了两个方案可供选择：方案一：PLC控制系统以及上位机监控系统全部安置在施工危险区域界外，二者之间的通信建立在以RS422标准为基础的异步双向通信上的，操作人员在现场操作控制系统；方案二：PLC控制系统安置在施工危险区域界外，上位机监控系统可以安置在别处，可以在办公室，也可以在另外一个城市，二者直接通过I

42、nternet网络连接，通过专家人员来远程遥控整个施工过程。由于整个系统的操作主要由上位机来完成，因此两个方案各有利弊，在方案一中，上位机监控系统跟PLC控制柜安置在一起，可以进行实时地控制，但是对现场操作人员要求比较高，操作人员必须熟悉整个系统的操作，并且为了能及时地解决现场的突发问题，因此必须有相关的专家在现场，但是由于时间、地域等因素，有时侯可能没有相关的专家在现场；在方案二中，上位机监控系统跟PLC控制柜不在一处，操作人员可以远程控制整个系统，专家人员也可以提供网上指导，但是考虑到网络的延迟性等因素，如果现场有什么突发状况，控制可能会出现延滞，这样就提高了工程的危险性。经过我们查找资料

43、、分析研究以及专家人员的指导，我们综合了两个方案的优点，将上位机监控系统跟PLC控制柜安置在现场，二者之间通过以RS422标准为基础的异步双向通信，然后上位机通过Internet网络跟远程的计算机相连接，这样就可以在现场进行操作控制，同时专家人员也可以通过网络观察整个施工过程，需要的话也可以及时地提供实时的指导。第三章 灰色预测模糊控制算法3. 1 控制策略的选择液压控制是液压技术领域的一个重要分支，同时它也是自动控制领域的一个重要组成部分，其理论基础是研究自动控制系统的运动规律并将其运用于自动控制系统的自动控制理论13。目前已知的研究已经大体上解决了液压控制系统本身的理论，近年来的研究大多是

44、倾向于利用计算机对复杂系统（如多变数液压系统）、对复杂因素（如非线性、时变等）进行仿真分析的研究，其中大量的研究是围绕着动态特性进行的。随着系统应用目的的多样化，控制对象也变得愈来愈复杂，大惯量、变参数、非线性及外部干扰的问题是经常遇到的。要使这些系统都能拥有令人满意的性能，就必须研究系统的性能补偿问题与近代的控制策略。实现液压同步控制一般主要有开环控制和闭环控制两种基本形式。开环控制的液压系统，由于它完全地依靠液压控制元件本身的精度来控制执行元件的同步驱动，而并不对执行元件的输出进行监测与反馈，所以它不能消除或者抑制那些会对高精度同步产生不利影响的因素。液压同步系统的闭环控制通过对执行元件的

45、输出量进行检测与反馈，从而构成反馈闭环控制，在很大程度上消除或抑制了不利因素的影响，获得了高精度的同步控制14。所以液压同步闭环控制已经越来越得到人们的重视，特别是随着现代控制理论及计算机控制技术的发展，该种控制方式几乎在所有需要高精度同步控制的液压系统上都得到了较好的应用。纵观当今液压控制的研究现状，在现代控制理论研究成果基础上，近十几年来提出了多种先进控制策略，并对其相关理论和应用技术进行了研究。常见的先进控制策略如下：(1) PID控制在工业控制过程中，PID控制是历史最悠久、生命力最强的控制方式15。我们今天熟知的PID控制器产生并发展于20世纪初期，PID控制是一种基于系统误差的控制

46、方法，通过对误差的“现在”、“过去”和“未来”信息进行线性组合来确定控制量，自20世纪40年代以来，尽管推出了许多先进的控制方法，但PID控制具有结构简单、模型误差的鲁棒性好及易于操作等优点，至今仍然在液压控制系统占有一席之地。现在，我国对PID控制器的应用也非常普遍。PID传递函数可表示为： （3-1）其中Kp为比例增益系数，Ki为积分增益系数，Kd为微分增益系数，一般来说，在应用PID技术控制液压系统时，参数的选取有些独到之处。在一定范围内调节Kd和Kp两个参数即可使液压机构达到最优控制的状态，积分增益系数Ki对液压机构的影响不大，一般可以不予考虑。由于PID控制有其固有的缺点，即难以协调

47、快速性和无超调之间的矛盾；在参数变化和外界干扰的情况下其鲁棒性不好等，有时候不能达到理想的控制效果。随着对系统性能要求的不断提高，传统的PID控制往往不能满足系统要求，在这种情况下，对传统的PID控制进行改造，使其适应新的系统要求成为了新的研究热点。计算机技术和智能控制理论的发展为传统的PID控制提供了新的途径。采用智能控制技术，可以将模糊控制与PID控制结合形成模糊PID控制，智能控制与PID控制结合形成智能PID控制，基于神经网络的PID控制等，这种复合PID控制能很好的达到控制要求16。(2) 最优控制（optimal control,optimum control）最优控制是研究和解决从一切可能的控制方案中寻找最优解的一门学科，是现代控制理论的重要组成部分17。