基于工控机的直驱式电液压力伺服阀数字控制的研究

论文摘要

电液伺服阀按照其输出量的不同,可分为电液压力伺服阀、电液流量伺服阀以及电液压力流量伺服阀(即PQ阀)。目前使用的电液压力伺服阀主要是两级双喷嘴挡板式电液压力伺服阀,这类阀虽然性能优良,但结构复杂,制造困难,对油液的污染非常敏感,故障率较高。直驱式电液压力伺服阀(Direct Drive Pressure Control Servo Valve),简称DDPV,克服了这些缺点,具有体积小,结构简单,抗污染能力强,而其性能指标基本能够达到喷嘴挡板阀的各项性能指标,是传统喷嘴挡板阀的补充和发展。随着计算机和信息技术的飞速发展,电液伺服技术在过去的二、三十年间经历了一场由模拟控制方式向数字控制方式的转变。数字控制相对于模拟控制有很大的优越性,表现在精度高、灵活性大、可靠性好、易于大规模集成等方面。传统的电液伺服阀一般采用的是模拟控制方式,而模拟控制方式中存在着模拟电路,易于产生温漂和零漂,并且伺服阀的性能受使用场合的影响,使得对伺服阀本身的非线性因素如死区、滞环等难以实现彻底补偿。而采用数字控制能很好地解决上述问题,且参数调整方便,易于进行性能优化。本论文查阅了大量关于直驱式电液伺服阀以及数字控制的相关研究资料,着重分析和总结了直驱式电液伺服阀以及数字控制在国内外的研究现状和成果,建立了直驱式电液压力伺服阀的数学模型,设计了以工控机为核心的DDPV数字控制系统,并对控制系统进行了仿真研究,分析了各参数对系统控制的影响。对DDPV的仿真研究表明,影响系统稳定性和误差的主要因素是PID控制器中的比例积分系数,合理调整这些系数,能够获得较好的DDPV动静态特性。通过搭建DDPV数字控制系统试验台,进行试验研究,检验了DDPV数学模型的正确性,并验证了所设计的DDPV数字控制系统的可行性。本文比较了数字控制系统相对于模拟控制系统的优缺点,为进一步开发电液伺服阀的DSP数字控制器提供理论基础和有利的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 电液伺服阀
• 1.2.1 电液伺服阀的结构
• 1.2.2 电液伺服阀的分类
• 1.3 直驱式电液压力伺服阀的研究现状
• 1.4 数字控制技术的研究现状
• 1.5 课题的来源与主要研究内容
• 第2章 直驱式电液压力伺服阀的理论分析
• 2.1 引言
• 2.1.1 DDPV的结构
• 2.1.2 DDPV的工作原理
• 2.1.3 直线力马达工作原理
• 2.2 直线力马达数学模型
• 2.2.1 直线力马达磁路数学模型
• 2.2.2 控制部分数学模型
• 2.3 力马达静态特性分析
• 2.3.1 空载静态特性
• 2.3.2 有载静态特性
• 2.4 力马达动态特性分析
• 2.5 DDPV滑阀部分数学模型
• 2.6 本章小结
• 第3章 DDPV数字控制系统的设计
• 3.1 引言
• 3.2 DDPV数字控制系统的整体设计
• 3.2.1 DDPV数字控制系统的结构
• 3.2.2 DDPV数字控制系统的工作原理
• 3.2.3 DDPV数字控制系统的优缺点
• 3.3 DDPV数字控制系统的硬件设计
• 3.3.1 DDPV数字控制系统的硬件组成
• 3.3.2 PWM功率放大电路的设计
• 3.3.3 反馈信号调理电路的设计
• 3.4 DDPV数字控制系统的软件设计
• 3.4.1 控制界面设计
• 3.4.2 数字滤波
• 3.4.3 PI控制的软件实现
• 3.4.4 采样周期的选择
• 3.5 DDPV数字控制系统的控制流程
• 3.6 本章小结
• 第4章 DDPV的仿真与试验
• 4.1 引言
• 4.2 DDPV的控制框图
• 4.3 DDPV的仿真模型
• 4.4 DDPV的仿真曲线
• 4.5 试验研究
• 4.5.1 试验台简介
• 4.5.2 DDPV开环特性试验
• 4.5.3 DDPV静态特性试验
• 4.5.4 DDPV动态特性试验
• 4.6 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