直驱泵控伺服液压机动态特性与节能机理研究

论文摘要

直驱泵控伺服液压机采用定量泵和交流永磁同步电机作为动力单元,该伺服液压系统,依靠改变电机转速实现系统流量调节,从而实现对液压系统的控制。与传统的阀控系统不同的是,采用伺服电机和定量泵取代异步电机和变量泵的组合,具有体积小、高效节能、可靠性高等特点,被公认为液压控制系统中最重要的发展方向之一,但直驱泵控系统动态特性不高等问题限制了其更广泛的应用。本文的主要任务是针对伺服液压机的要求进行直驱泵控电液伺服系统的研究,阐述了系统的原理、组成和特点。为了进一步拓宽系统的应用前景,研究系统动态特性与节能机理,具体研究内容如下：(1)在查阅大量国内外相关文献的基础上,综述了国内外对直驱泵控伺服液压系统的研究概况,通过阐述矢量控制的基本原理,并基于这一原理分别建立了交流异步电动机和交流永磁同步伺服电动机的数学模型。阐述了Matlab/Simulink建模与仿真的基本原理和方法,以交流永磁同步伺服电动机为执行电机,运用Simulink和传递函数法分别建立交流调速模块和泵控缸模块的仿真模型,并在此基础上进行了大量计算机仿真测试与分析。(2)通过改变系统结构参数,分析各参数对系统动态特性的影响,提出了改善系统动态特性的可行措施。(3)以盒形件拉深加工为实例,建立了其各个工序动作过程液压系统的数学模型和仿真模型,针对一个工作循环周期内能耗进行了分析与计算机仿真,并将其与普通多功能拉深液压机进行了比较分析。(4)搭建直驱泵控伺服液压试验台,进行了试验研究,比较实际系统在不同结构参数时的动态特性,将试验研究与理论分析结合,全面、系统地分析系统动态特性；在直驱泵控伺服液压机样机上进行拉深工艺能耗对比试验,检验其节能效果。研究表明,容积调速的特点制约着直驱泵控电液伺服系统的动态特性,但通过采取一些措施还是可以使系统动态特性得到一定提高。主要措施有：合理设计系统结构和选用合适构件,尽量使泵控动力机构具有较高的动态特性。此外,实际应用中还须采取措施减少或避免外界因素对系统性能造成的不利影响。通过仿真与样机试验可得,直驱泵控伺服液压机比普通多功能拉深液压机节约了20%以上的能量。研究结果表明,数值仿真和实验研究二者结果十分吻合,证实了数学仿真模型的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• CONTENTS
• 符号与缩写一览表
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源、背景及研究意义
• 1.1.1 直驱泵控液压机研究的目的、意义
• 1.1.2 直驱泵控液压机动态特性与节能分析的目的、意义
• 1.2 国内外相关技术的研究现状
• 1.2.1 阀控系统与泵控系统区别
• 1.2.2 直驱泵控电液伺服系统
• 1.3 本课题的可行性分析和拟解决的关键问题
• 1.3.1 可行性分析
• 1.3.2 拟解决的关键问题
• 1.4 本课题主要研究内容
• 第二章 直驱泵控液压机电液伺服系统数学模型
• 2.1 永磁交流同步电动机的数学模型
• 2.1.1 矢量控制原理在永磁交流同步电动机中的应用
• 2.1.2 永磁交流同步电动机的数学模型
• 2.2 直驱泵控动力结构的数学模型
• 2.2.1 直驱泵控动力结构的组成
• 2.2.2 直驱泵控动力机构数学模型
• 2.3 仿真软件介绍及算法选择
• 2.3.1 MATLAB/Simulink介绍
• 2.3.2 算法及步长选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 直驱泵控液压驱动系统动态特性研究
• 3.1 引言
• 3.2 系统的参数对系统动态特性的影响
• 3.2.1 结构参数改变时系统动态特性的仿真结果
• 3.2.2 系统动态特性的仿真结论
• 3.3 直驱泵控伺服系统与阀控系统的动态性能比较分析
• 3.3.1 阀控系统数学模型与仿真研究
• 3.4 综合归纳
• 3.4.1 系统动态特性影响因素
• 3.4.2 提高系统动态特性的可行措施
• 3.5 本章小结
• 第四章 直驱泵控液压机节能机理研究
• 4.1 引言
• 4.2 多功能拉深液压机简介
• 4.2.1 多功能拉深液压机工作原理、特点、参数
• 4.2.2 多功能拉深液压机能耗分析
• 4.2.3 多功能拉深液压机节能改造方案
• 4.3 直驱泵控液压机简介
• 4.3.1 直驱泵控伺服液压系统工作原理、特点、组成
• 4.3.2 直驱泵控液压机运动过程及主要参数
• 4.4 直驱泵控液压机与普通液压机拉深加工仿真能耗分析
• 4.4.1 拉深加工实例简述
• 4.4.2 直驱泵控液压机与普通液压机能耗仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统动态特性与样机节能机理试验研究及结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 动态特性试验方案及试验台介绍
• 5.2.1 试验原理及试验装置
• 5.2.2 试验方案
• 5.2.3 归纳小结
• 5.3 液压机能耗试验
• 5.3.1 试验原理及试验装置
• 5.3.2 试验方案
• 5.3.3 结论
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表或完成的论文
• 致谢