提高电液比例变量泵控制性能的研究

论文摘要

现代液压技术的发展,主要体现在液压技术与电子技术及计算机技术的结合,它旨在提高液压系统自动化程度和控制精度。比例控制组合变量泵利用微电子技术、计算机技术和比例控制技术与容积调节的综合优势,引入较优的控制方法,可实现液压传动系统的节能、高性能和高精度的控制。液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性,在液压系统中占有及其重要的地位。本文通过对变量泵的发展现状及电液比例控制技术的研究,阐明了本课题研究的目的和意义。并对电液比例控制技术进行了较为详细的介绍。二至四章为论文的主体部分,详细介绍了比例控制变量泵的改装方法及策略,通过参数的计算,搭建了变量泵控制系统的数学模型,利用仿真软件Matlab中的Simulink仿真模块及编写的相应的m函数,通过对仿真曲线的分析,找到了影响变量泵控制系统性能的主要参数,为提高变量泵控制性能的研究提供了良好的指导作用。在第五章中对变量泵试验系统进行了简要的说明。第六章给出了文章的结论。在搭建系统数学模型时,将其模型直接转化成了伺服比例阀对非对称液压缸控制的研究。由于液压缸两腔作用面积的不同,使得在杠杆外伸和内缩时存在不同的传递函数,为了便于研究在这里我们引入了有效面积的概念,使系统的数学模型得到了简化,为进一步对系统进行研究提供了良好的便利条件。在构成的位置闭环中,引入了PID控制器,通过调节PID控制器中各个环节参数的大小,改善了系统的控制性能。另外笔者也引入了加速度反馈校正和压力反馈校正等校正方法设计了系统的控制器,分别从不同的角度对系统的性能进行了研究。结合本系统是计算机控制的特点,利用模拟设计方法设计了本控制系统的数字控制器。在此基础上笔者还运用电液伺服系统中经典的结构不变性原理对系统进行了优化,使控制系统的性能得到了理想的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.2.1 课题研究的目的
• 1.2.2 课题研究的意义
• 1.3 电液比例控制系统的组成及性能要求
• 1.3.1 电液比例控制系统的组成
• 1.3.2 电液比例控制系统的性能要求
• 1.4 电液比例控制系统的特点
• 1.4.1 电液比例控制的技术优势
• 1.4.2 电液比例控制系统的特点
• 1.5 电液比例技术及变量泵的发展概况
• 1.5.1 电液比例技术发展概况
• 1.5.2 国内外变量泵的发展情况
• 第二章 变量泵工作原理及数学模型的建立
• 2.1 斜盘式轴向柱塞泵结构特点
• 2.2 轴向柱塞变量泵工作原理
• 2.3 变量泵比例控制原理
• 2.4 变量泵数学模型的建立及其简化
• 2.4.1 数字控制器环节
• 2.4.2 伺服比例阀数学模型
• 2.4.3 阀控缸——负载环节
• 2.4.4 反馈环节传递函数
• 2.4.5 变量泵系统总数学模型
• 2.5 系统参数的确定及计算
• 2.5.1 伺服阀基本参数的确定
• 2.5.2 比例泵变量机构参数的确定
• 2.5.3 位移传感器参数的确定
• 2.5.4 伺服阀基本参数的确定
• 2.5.5 系统各个环节传递函数的确定
• 第三章 变量泵排量控制系统仿真
• 3.1 Matlab仿真软件
• 3.1.1 软件简介
• 3.1.2 Simulink子模块技术
• 3.2 系统的静动态特性分析
• 3.2.1 系统的静态特性——稳态误差
• 3.2.2 系统的动态特性——频率特性
• 3.2.3 对仿真曲线的分析
• 3.3 PID控制器基本原理
• 3.4 数字PID控制器
• 3.4.1 位置式PID控制算法
• 3.4.2 增量式PID控制算法
• 3.4.3 仿真中PID控制器参数整定概述
• 3.4.4 采样系统分析
• 3.5 对变量泵控制系统PID校正
• 3.5.1 负载对系统的影响
• 3.5.2 阻尼比对系统性能的影响
• 3.5.3 开环增益对系统性能的影响
• 3.5.4 液压固有频率wh
• 3.5.5 非线性对系统性能的影响
• 3.5.6 油液温度对系统性能的影响
• 第四章 变量泵控制系统的优化
• 4.1 控制系统的基本要求
• 4.2 控制算法的选择
• 4.3 数字控制器的模拟化设计
• 4.3.1 模拟补偿装置的离散化设计方法
• 4.3.2 系统加速度负反馈校正的模拟化设计
• 4.3.3 系统压力负反馈校正的模拟化设计
• 4.3.4 应用结构不变性原理优化系统
• 第五章 变量泵测试系统总体方案设计
• 5.1 液压实验的分类与实验标准
• 5.1.1 液压实验的分类
• 5.1.2 实验标准
• 5.2 变量泵试验项目和试验方法的确定
• 5.3 基于虚拟仪器的变量泵测试系统组成
• 5.4 虚拟仪器测试系统总体方案示意图
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢