电液伺服系统同步控制的仿真研究与实现

论文摘要

电液伺服系统数学模型的建立是控制系统分析和设计的首要问题,是有效研究控制策略的基础。目前普遍采用的建模方法大多适用于基于方块图的线性系统,既不能十分准确地描述电液伺服系统固有的非线性,也不能描述该系统的功率流动。功率键合图的出现为电液伺服系统模型的准确建立提供了强有力的技术手段,从而为电液伺服系统动态特性的准确分析提供了可能。本文在广泛阅读相关文献的基础上,以电液伺服同步控制系统为研究对象,用功率键合图法对系统进行建模仿真,并对同步控制系统的多余力开展研究,根据结构不变性原理,研究了同步控制策略。仿真和实验结果均表明了控制策略有效地补偿了由于同步运动形成的多余力。论文根据电液伺服同步控制系统的工作原理,在充分考虑伺服阀阀口非线性、液压缸泄漏和摩擦等非线性因素的基础上,建立了电液伺服同步控制系统的功率键合图模型,并进行了同步位置和力加载系统的时域和频域分析。深入分析了多余力的产生机理,对其工作特点进行研究,并进行了键合图仿真验证。在理论分析和仿真计算的基础上,根据结构不变性原理,提出流量补偿设计思路,采用估计速度的方法,构造流量补偿控制器,同时建立了基于流量补偿的同步控制系统的功率键合图模型,并对模型进行仿真研究,仿真结果证明流量补偿可以消除同步控制造成的多余力。进而通过实验结果对比,验证了流量补偿控制器在消除多余力方面的有效性。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源与意义
• 1.2 同步控制技术的发展历史与研究现状
• 1.2.1 开环同步控制技术
• 1.2.2 闭环同步控制技术
• 1.2.3 电液伺服同步控制技术
• 1.3 液压系统的仿真方法概述
• 1.4 功率键合图国内外研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 论文主要工作
• 2 阀控非对称缸系统的功率键合图建模
• 2.1 功率键合图理论简介
• 2.1.1 通口、键和键变量以及能量变量
• 2.1.2 键的增注
• 2.2 元件的功率键合图模型
• 2.2.1 一通口元件
• 2.2.2 二通口元件
• 2.2.3 三通口元件
• 2.2.4 通口的因果关系
• 2.3 液压系统建立功率键合图模型的规则
• 2.4 仿真软件20-sim及应用
• 2.4.1 建模仿真软件20-sim
• 2.4.2 20-sim的模型建立
• 2.4.3 20-sim的功率键合图仿真
• 2.5 阀控非对称缸功率键合图模型的建立
• 2.5.1 动力机构基本方程
• 2.5.2 基本方程功率键合图建模
• 2.6 小结
• 3 同步控制系统的建模仿真研究
• 3.1 同步控制基本原理
• 3.2 同步控制系统数学模型的建立
• 3.2.1 非对称缸位置系统数学模型
• 3.2.2 力系统数学模型
• 3.2.3 同步控制系统功率键合图模型
• 3.3 多余力分析
• 3.3.1 多余力定义
• 3.3.2 多余力的产生及分类
• 3.3.3 同步控制多余力特点分析
• 3.4 系统仿真研究
• 3.4.1 同步控制实验台参数
• 3.4.2 参数的估算与实测
• 3.4.3 位置控制缸的位置系统功率键合图仿真结果
• 3.4.4 力记载缸位置系统与力系统仿真
• 3.4.5 多余力仿真
• 3.5 小结
• 4 同步控制策略仿真与实验研究
• 4.1 结构不变性原理
• 4.1.1 结构不变性原理的基本概念
• 4.1.2 施力系统补偿原理
• 4.2 流量补偿控制消除多余力
• 4.2.1 PID控制策略
• 4.2.2 实时速度估计
• 4.2.3 估计速度滞后问题
• 4.2.4 流量补偿控制原理
• 4.2.5 流量补偿控制的功率键合图模型
• 4.3 流量补偿仿真与实验研究
• 4.4 小结
• 5 控制器的设计
• 5.1 控制器硬件电路
• 5.1.1 伺服阀功率放大器
• 5.1.2 力传感器放大电路
• 5.1.3 加载力传感器保护电路
• 5.2 控制软件关键技术
• 5.2.1 中断和多媒体定时器
• 5.2.2 面向对象程序设计技术
• 5.2.3 实时数据显示
• 5.2.4 软件设计
• 5.3 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 作者简历
• 学位论文数据集