ZGT06行走马达及调速系统的研究

论文摘要

近年来,液压传动的应用迅猛拓展,在国外工业发达的国家液压工业发展速度要高于机械工业的增长,然而因为没有掌握核心技术的知识产权,国内液压工业表面火爆场面的背后却实存在很大的不足。基于此,一些国内的企业和研究机构积极开展液压技术(主要是泵、马达等主要液压元件)的研究工作,并取得了一系列的成果。本文以某进口轴向柱塞式行走马达为参考样机,详细研究其结构特点,使用传统方法和现代方法设计相结合,对高性能的轴向柱塞式液压马达的设计进行深入探索,总结出符合轴向柱塞式行走马达性能要求的设计方法。在设计过程发现,传统的设计方法在现代设计中仍有用武之地,只是在材料科学发展的基础上有些经验公式需要进行修正。使用UG软件对设计出的ZGT06轴向柱塞马达进行三维造型,直观的重现了其关键结构。采用流场计算的商业软件Fluent对滑靴摩擦副进行计算分析,并与传统设计方法设计出来的滑靴摩擦副进行验证对比,结果两者基本吻合。这也是传统设计方法和现代方法相互验证的一个成功例子。对参考样机的变量机构进行重新设计,将原来的二级变量改为伺服阀控制的无级变量形式。介绍了斜盘变量伺服系统的组成,并对系统进行数学建模,推导出系统的控制方程,在Simulink中搭建了非线性系统的仿真模型,并对系统在不同输入信号下进行空载和有载仿真,由仿真结果可以看出,该系统存在调整时间长、跟随性差、系统的频宽较低等缺点。针对上述缺点,本文设计了PID控制器、模糊PID控制器分别对系统进行了校正,仿真结果表明系统动态性能得到较大改善,可以满足设计的要求;通过两种不同控制器的仿真对比结果发现,在变工况情况下,模糊PID校正效果较PID校正效果更为显著,具有较好的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 液压马达综述
• 1.2.1 轴向柱塞式液压马达
• 1.2.2 轴向柱塞式液压泵/马达的发展史
• 1.2.3 国内轴向柱塞泵/马达发展状况
• 1.3 轴向柱塞变量马达的技术现状
• 1.4 液压伺服控制系统
• 1.5 控制理论发展综述
• 1.5.1 古典控制与现代控制
• 1.5.2 智能控制
• 1.6 本课题研究的主要任务
• 第2章 ZGT06 行走马达结构设计
• 2.1 ZGT06 行走马达结构分析
• 2.2 结构和参数的选择与计算
• 2.2.1 目标参数
• 2.2.2 结构选型
• 2.2.3 缸体的设计
• 2.2.4 柱塞的设计计算
• 2.2.5 滑靴的设计计算
• 2.2.6 配流盘的设计计算
• 2.2.7 其他部件
• 2.3 三维造型
• 2.3.1 行走马达零件图示例
• 2.3.2 行走马达组件示意图
• 2.4 本章小结
• 第3章 滑靴摩擦副内流场分析
• 3.1 FLUENT软件
• 3.2 滑靴摩擦副建模及网格划分
• 3.2.1 计算区域的选定
• 3.2.2 计算域模型的建立
• 3.2.3 网格划分
• 3.3 滑靴摩擦副流场计算
• 3.3.1 参数设定
• 3.3.2 计算结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 斜盘位置伺服控制的设计及仿真
• 4.1 阀控缸的控制方程
• 4.1.1 阀口流量方程
• 4.1.2 流量连续性方程
• 4.1.3 活塞和负载的力平衡方程
• 4.2 位移传感器的数学模型
• 4.3 伺服阀的数学模型
• 4.4 斜盘位置伺服系统非线性模型的建立
• 4.4.1 控制方程的状态空间表示
• 4.4.2 非线性系统仿真模型
• 4.5 系统的计算机仿真及分析
• 4.5.1 参数的选取
• 4.5.2 系统性能仿真及分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 控制策略研究
• 5.1 PID控制
• 5.1.1 PID控制的原理
• 5.1.2 PID控制器的参数整定
• 5.2 模糊控制
• 5.2.1 模糊控制系统的组成
• 5.2.2 模糊控制的基本原理
• 5.3 模糊PID控制器设计
• 5.3.1 控制器的结构设计
• 5.3.2 模糊控制器论域和量化因子的选择
• 5.3.3 模糊控制规则的设计
• 5.3.4 模糊化及解模糊化方法
• 5.4 采用控制策略后系统仿真及其分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢