基于虚拟仪器的液压动力系统功率监测及系统控制研究

论文摘要

在国家“十二五”规划建设资源节约型、环境友好型社会的背景下,本文以液压设备节能研究为目的,针对原有液压动力系统实验台在节能研究中存在的问题,提出了基于虚拟仪器的液压动力系统功率监测与节能控制实验系统设计,并对测试与控制装置进行了改进。改进后的实验系统可以实现液压设备典型负载的模拟、电机无级调速、流量自适应控制等操作,同时在线监测系统的电机功率、功率因数、流体功率及系统效率等参数。论文的主要研究内容概括如下：1.根据电机空间矢量PWM控制原理和齿轮泵数学模型,结合Matlab/simulink软件分别搭建了基于异步电机/永磁同步电机——齿轮泵的液压动力源模型,并对两种动力源的仿真结果进行了对比分析。2.针对传统液压动力系统在节能研究中的不足,提出了基于虚拟仪器的液压动力系统功率监测与系统控制的设计方案。其次,对虚拟仪器软硬件平台及传感器做了详细的介绍,并对压力传感器和流量传感器进行了标定。3.采用Labview图形化编程语言和模块化程序设计思想,编写了液压动力系统功率监测及系统控制上位机软件。通过实验验证,实现了液压动力系统的模拟加载、电机调速、流量自适应控制及功率监测等功能。4.运用本实验系统,对节流调速/变频调速液压系统、异步电机/永磁同步电机液压动力系统进行了能耗对比分析。实验结果表明：将变频调速技术和永磁同步电机引入液压动力系统能显著提高液压动力系统的效率,且具有良好的动态性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景和意义
• 1.2 虚拟仪器技术概述
• 1.3 国内外研究概况及发展现状
• 1.3.1 虚拟仪器发展概况
• 1.3.2 液压动力系统的发展
• 1.3.3 液压动力系统功率监测和控制系统发展
• 1.4 论文的主要研究内容及创新点
• 1.4.1 论文主要研究内容
• 1.4.2 论文的创新性
• 第二章 液压动力系统建模与仿真
• 2.1 引言
• 2.2 液压动力系统实验台
• 2.2.1 液压动力系统实验台简介
• 2.2.2 液压动力系统实验台工作原理
• 2.3 液压动力系统建模
• 2.3.1 异步电机变频调速系统建模
• 2.3.2 永磁同步电机变频调速系统建模
• 2.3.3 齿轮泵模型的建立
• 2.3.4 电机—齿轮泵模型建立
• 2.4 仿真结果及分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 液压动力系统功率监测与系统控制设计
• 3.1 引言
• 3.2 功率监测及系统控制的目的和内容
• 3.2.1 功率监测及系统控制的目的
• 3.2.2 功率监测与系统控制的内容
• 3.3 液压动力系统控制方案设计
• 3.3.1 模拟加载系统
• 3.3.2 电机调速系统
• 3.3.3 流量自适应控制系统
• 3.4 功率监测系统方案设计
• 3.4.1 功率监测原理
• 3.4.2 功率监测系统组成
• 3.5 测控系统总体组成
• 3.6 本章小结
• 第四章 功率监测与系统控制硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 虚拟仪器平台
• 4.2.1 虚拟仪器的组成
• 4.2.2 虚拟仪器硬件平台简介
• 4.2.3 虚拟仪器软件平台简介
• 4.3 前置传感器
• 4.3.1 电压、电流采集板
• 4.3.2 流量传感器
• 4.3.3 压力传感器
• 4.4 传感器标定
• 4.4.1 流量传感器的标定
• 4.4.2 压力传感器标定
• 4.5 本章小结
• 第五章 功率监测与系统控制软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 软件总体方案设计
• 5.3 功率监测与系统控制程序设计
• 5.3.1 主界面开发
• 5.3.2 传感器标定程序设计
• 5.3.3 模拟加载及电机调速程序设计
• 5.3.4 流量自适应控制程序设计
• 5.3.5 数据分析程序设计
• 5.4 各功能子模块设计
• 5.4.1 模拟I/O
• 5.4.2 参数设置
• 5.4.3 模拟加载及调速
• 5.4.4 PID控制程序
• 5.4.5 功率及效率计算
• 5.5 本章小结
• 第六章 功率监测与系统控制性能测试与结果分析
• 6.1 引言
• 6.2 实验系统简介
• 6.3 实验论证及分析
• 6.3.1 液压动力系统模拟加载实验
• 6.3.2 液压动力系统变频调速实验
• 6.3.3 流量自适应PID控制实验
• 6.4 实验对比分析
• 6.4.1 节流调速/变频调速实验对比
• 6.4.2 异步电机/永磁电机实验对比
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢