电液伺服海浪模拟系统设计与实践

论文摘要

由于电液伺服系统具有响应速度快、控制精度高、刚度大、控制方式灵活等优点,在环境模拟试验领域的应用十分广泛。本课题研制的电液伺服海浪模拟系统,用来模拟海浪的上下颠簸运动,可以在实验室环境中为船舶性能测试提供逼真的海浪运动环境,是电液伺服系统在模拟仿真领域的一个新的应用。该系统和一般的电液伺服系统的设计相比,有其显著的特色和难度。主要体现在:伺服油缸的运动幅度大(达到1.8m)、运动速度大(达到2.51m/s)、运动加速度大(达到12.7m/s2)。论文的主要内容如下:(1)根据系统技术指标要求,对系统结构和工作原理进行了详细分析,对伺服油缸进行了详细的设计计算,并利用有限元软件对伺服油缸进行了力学性能分析计算。(2)运用可靠性理论对液压系统建立了可靠性模型并对可靠度进行分析计算,及对控制系统进行了可靠性设计以及可靠性预测来论证了整个系统使用的可靠性。(3)基于可编程控制器(PLC)研制开发了油源电控系统;(4)对伺服控制系统进行了建模,确定了各个控制环节的传递函数。依据传递函数在Simulink环境下对模型进行了仿真,根据仿真结果设计了复合PID控制器。(5)对设计的电液伺服控制系统进行了试验研究。工程现场的实测数据表明,系统达到了设计指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电液伺服控制技术的发展
• 1.2 电液伺服控制系统研究进展
• 1.2.1 PID 控制
• 1.2.2 自适应控制（AC）
• 1.2.3 鲁棒控制
• 1.2.4 非连续系统控制
• 1.2.5 智能控制（AIC）
• 1.3 模拟仿真技术的发展
• 1.4 液压伺服系统在仿真领域的应用
• 1.5 可靠性工程简介
• 1.5.1 液压系统可靠性工程的现状
• 1.5.2 控制系统可靠性工程的现状
• 1.6 本课题的背景研究、研究意义及主要内容
• 第2章 结构及工作原理
• 2.1 结构及主要技术参数
• 2.2 动力机构的静态设计
• 2.2.1 负载特性
• 2.2.2 伺服阀的选择
• 2.3 电液伺服阀的主要性能参数
• 2.4 位移传感器的选型及主要参数
• 2.5 控制系统硬件
• 2.5.1 伺服控制箱
• 2.5.2 动力控制柜
• 2.5.3 压差传感器
• 2.5.4 数字伺服控制器
• 2.6 液压系统工作原理
• 2.7 电气系统的设计功能
• 2.8 本章小结
• 第3章 液压系统的设计计算
• 3.1 引言
• 3.2 液压油源的设计
• 3.3 液压保护模块的设计
• 3.4 伺服液压缸的设计体
• 1'>3.4.1 最大输入压力p₁
• 3.4.2 有效面积A、内径D 及杆径d
• w'>3.4.3 壳体壁厚δ和外径D_w
• 3.4.4 确定密封装置的形式
• 3.4.5 确定液压缸内腔长度
• 3.4.6 验算活塞杆纵向弯曲强度和稳定性
• 3.4.7 其他部分结构型式的确定和计算
• 3.4.8 排气装置
• 3.4.9 缓冲装置
• 3.4.10 计算伺服油缸谐振频率校验
• 3.4.11 对液压缸进行有限元分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统可靠性设计与分析
• 4.1 引言
• 4.2 系统可靠性分析的主要方法和数学模型
• 4.2.1 可靠性的数学指标
• 4.2.2 可靠性模型
• 4.2.3 可靠性分配
• 4.3 液压系统可靠性设计
• 4.3.1 液压系统可靠性模型
• 4.3.2 液压系统可靠性分配原则
• 4.3.3 系统可靠度的计算
• 4.4 控制系统可靠性设计
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 控制系统可靠性设计方法
• 4.4.3 控制系统可靠性预计
• 4.5 系统安全性措施
• 4.6 本章小结
• 第5章 系统数学模型及静动态特性分析
• 5.1 引言
• 5.2 电液伺服系统的设计与建模
• 5.2.1 电液伺服系统数学模型的基本特点
• 5.2.2 数学模型的建立
• 5.3 控制系统仿真
• 5.4 系统稳态特性分析
• 5.5 系统稳态精度分析
• 5.6 系统动态特性分析
• 5.7 控制策略及仿真研究
• 5.8 系统仿真
• 5.8.1 没有任何干扰下的仿真
• 5.8.2 干扰下的仿真
• 5.9 仿真结果的分析
• 5.10 本章小结
• 第6章 工程实践与试验研究
• 6.1 伺服控制系统的总体结构
• 6.2 伺服控制系统的硬软件设计
• 6.2.1 伺服控制机箱的设计
• 6.2.2 油源动力柜的设计
• 6.3 电控系统的功能
• 6.3.1 泵站的控制
• 6.3.2 液压保护模块的控制
• 6.3.3 PLC 软件设计
• 6.4 油源动力柜、按钮及显示表功能
• 6.5 数字伺服控制器
• 6.6 系统实测结果
• 6.7 实测结果分析
• 6.8 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介