变频闭式液压动力系统的设计及应用研究

论文题目: 变频闭式液压动力系统的设计及应用研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 机械电子工程

作者: 黄方平

导师: 杨华勇,徐兵

关键词: 变频调速,液压动力系统,闭式油路,节能,模糊控制,系统仿真

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 变频液压技术是一种新型节能传动技术,在机床、液压提升机械、注塑机等许多机械装备中有着广泛的潜在应用。本课题研究和开发一种新型变频闭式液压动力系统,主要由变频电机驱动的主油路和补油回路组成。所设计的系统具有结构紧凑、节能降噪、使用寿命长、适应面广等优点。本文对该系统进行了具体的元件选型和结构设计,建立了系统在考虑元件泄漏情况下的数学模型和仿真模型。利用Matlab软件对所设计的系统进行了PID、模糊PID、模糊自整定PID控制的仿真研究,结果表明采用模糊自整定PID控制时,系统具有良好的静动态特性。根据所申请的该系统应用于液压提升机械中的相关发明专利,进行了具体的工程应用研究。设计和应用表明在液压电梯和液压抽油机中应用本课题系统方案,能改善整个系统的性能,简化系统结构,降低系统装机功率和能耗。本文的主要研究工作内容如下: 第一章综述了国内外变频液压技术和变频液压动力单元的发展历程,应用领域和研究现状。简要介绍了课题的研究意义,概括了本文的研究内容。第二章对适用于变频液压动力系统的电机和液压泵类型和性能特点进行了比较,指出在不同使用情况中电机和泵的选用情况。详细介绍了本课题系统液压原理方案的设计和选择,系统各元件的选型,系统的结构设计和计算机检测系统的设计。第三章根据变频器电机环节的不同控制方式分别建立了VVVF控制方式和矢量控制方式下变频闭式液压动力系统的数学模型,并建立了系统的Simulink仿真模型,对数学模型和仿真模型中的各个参数的值进行了选择和确定。第四章对变频闭式液压动力系统的速度控制特性和压力控制特性进行了开环和闭环控制仿真。针对系统的特点,分别选择了常规PID控制,模糊PID复合控制以及模糊自整定PID控制,比较了各控制方法的系统的速度和压力响应结果。结果显示模糊PID复合控制和模糊自整定PID控制均有较好的动静态响应特性,其中模糊自整定PID控制的效果最优。第五章结合所申请的发明专利将系统在液压电梯和液压抽油机中的应用进行了工程设计应用研究。设计和应用研究表明在液压电梯和液压抽油机中应用本课题系统,能改善整个系统的性能,简化系统结构,节省安装空间,降低系统装机功率和能耗。对本课题系统在电液混合驱动注塑机中的应用情况进行了介绍,指出了电液混合驱动注塑机的优点。第六章对全文进行了总结和展望。综观全文,论文对变频闭式液压系统进行了细致地研究,仿真和工程应用研究获得了一些有价值的研究成果,为进一步的研究工作打下了良好的基础。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章变频液压动力系统技术发展概述

1.1 电机变频调速技术概述

1.1.1 变频调速技术的发展

1.1.2 变频调速技术的基本原理及特点

1.1.3 变频调速装置及其控制方式

1.2 变频液压动力单元技术的研究发展概况

1.2.1 变频液压技术课题研究背景

1.2.2 变频液压技术发展及研究概况

1.3 课题主要研究内容

1.3.1 课题研究的意义

1.3.2 本文的主要研究内容

1.4 本章小结

第二章变频闭式液压动力系统的元件选型与整体设计

2.1 变频液压动力系统的电机与泵的选型比较

2.1.1 适用于变频液压动力单元中的电机比较

2.1.2 变频液压动力系统中泵的类型比较

2.2 变频闭式液压动力系统的方案设计

2.2.1 变频闭式液压动力系统的方案设计与选择

2.2.2 变频液压动力系统的控制方案组成

2.3 变频闭式液压动力系统的元件选型设计

2.3.1 主油路各元件的计算及选型

2.3.2 补油回路各元件的选择

2.3.3 液压集成阀块的设计

2.3.4 系统整体结构设计

2.4 计算机检测控制系统的设计

2.4.1 光电编码器的选择与安装

2.4.2 计算机检测控制系统的建立

2.5 本章小结

第三章变频闭式液压动力系统的原理与建模

3.1 VVVF控制方式变频闭式液压动力系统的建模与仿真

3.1.1 VVVF控制方式变频闭式液压动力系统数学模型建立

3.1.2 VVVF控制方式时变频闭式液压动力系统频域模型

3.2 矢量控制时变频液动力系统的建模与仿真

3.2.1 矢量控制的基本概念

3.2.2 异步电动机的数学模型

3.2.3 异步电动机在二相旋转轴系上的方程

3.2.4 矢量变换变频调速系统

3.2.5 矢量控制时变频闭式液压动力系统数学模型的建立

3.3 系统开环仿真模型及各参数的取值

3.4 本章小结

第四章变频闭式液压动力系统控制算法选择与系统仿真研究

4.1 变频闭式液压动力系统的PID控制

4.1.1 PID控制器的基本原理

4.1.2 变频闭式液压动力系统的PID控制仿真分析

4.2 变频闭式液压动力系统的模糊PID复合控制

4.2.1 模糊控制的基本原理

4.2.2 系统模糊PID复合控制

4.2.3 系统模糊PID复合控制仿真

4.3 变频闭式液压动力系统的模糊自整定PID控制

4.3.1 模糊自整定PID控制算法简介

4.3.2 模糊自整定PID控制仿真模型

4.3.3 系统仿真分析

4.4 本章小结

第五章变频闭式液压动力系统的应用研究

5.1 变频闭式液压动力系统在液压电梯系统中的节能应用

5.1.1 采用变频闭式油路的节能液压电梯系统

5.1.2 采用节能油缸的新型节能液压电梯系统

5.2 变频闭式混合动力系统在液压抽油机中的应用研究

5.2.1 应用之一——采用蓄能器平衡负荷的变频节能液压抽油机

5.2.2 应用之二——降低蓄能器容量的变频闭式液压抽油机

5.3 变频闭式液压动力系统在注塑机中的节能应用

5.3.1 电液混合驱动的注塑机的发展概况

5.3.2 注塑机中变频液压技术的节能原理

5.3.3 电液混合驱动注塑机技术研究现状

5.3.4 电液混合驱动注塑机的优点

5.4 本章小结

第六章结论与展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间所获得的科研成果

发表或录用科研论文

申请发明专利

致谢

发布时间: 2005-10-08

参考文献

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