斗轮机主机俯仰直驱式液压系统静动特性及控制的研究

论文摘要

直驱式液压系统是近些年发展起来的机电液相结合的新型系统,兼具交流伺服电机控制的灵活性与液压系统出力大双重优点。体积小、结构简单、节能高效、便于计算机控制使其在航天、国防、以及民用工业中得到应用并取得巨大的经济效益和社会效益。被认为是液压控制领域的重要发展方向之一。斗轮机是一种广泛应用于矿山、港口、电厂、建材等行业的大型散料装卸设备。主机俯仰运动是其工作的主要环节,耗能较大,并常伴随臂架容易振动的问题。本文以DQ1250.35型斗轮机为例,提出了改进的主机俯仰直驱式液压系统方案,并分别用两种控制方式对其控制,仿真分析了其静动特性。本文对斗轮机主机俯仰运动在空载、取料、堆料三种工况下的液压缸受力进行量化分析。指出受配重影响,液压缸将受到负压的情况,同时,指出了配重与液压缸受力大小及变化幅度的关系,总结了降低系统装机功率的规律。分析了系统建立背压的必要性以及背压值的求解方法。指出了现有液压系统锁阀和背压阀的不合理选用是导致臂架振动的原因,并给出改进措施。提出了满足斗轮机主机俯仰运动指标的直驱式液压系统方案,对系统进行了结构设计,将系统主要部件集成在液压包内,使系统体积大为减小。分别建立了U/f控制和矢量控制两种模式下异步电动机的数学模型,分析了通过低压补偿可以消除U/f控制方式下异步电动机的死区误差,并分析了U/f控制方式应用的局限性。对矢量控制异步电动机做了比较精确的仿真,分析表明矢量控制异步电动机具有良好的静动特性,适合作为直驱式液压系统的动力源。建立了泵控非对称缸液压系统模型,仿真分析了影响系统静动特性的因素。分别建立了U/f控制和矢量控制两种模式下直驱式液压系统模型,仿真分析了其作为斗轮机主机俯仰运动动力装置的可行性,并为进一步研究直驱式液压系统提供了有益的仿真分析方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 斗轮机的研究现状
• 1.3 直驱式容积控制电液伺服系统研究现状
• 1.4 交流变频调速技术研究现状
• 1.5 课题的提出及论文的主要工作
• 第2章 斗轮机主机俯仰直驱式液压系统设计
• 2.1 引言
• 2.2 俯仰系统液压缸受力分析
• 2.2.1 空载时液压缸受力分析
• 2.2.2 取料时液压缸受力分析
• 2.2.3 堆料时液压缸受力分析
• 2.2.4 液压缸受力计算与结果分析
• 2.3 直驱式液压系统方案设计
• 2.3.1 传统液压系统方案分析
• 2.3.2 直驱式液压系统方案分析
• 2.3.3 俯仰运动过程的系统分析
• 2.4 结构设计与元件选型
• 2.4.1 液压包设计
• 2.4.2 集成阀块设计
• 2.4.3 交流异步电动机与液压泵的匹配
• 2.5 本章小结
• 第3章 U/f 控制直驱式液压系统建模与仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 交流异步电动机的U/f 调速方式及特点
• 3.3 交流变频调速电动机数学模型的建立
• 3.3.1 变频器环节
• 3.3.2 交流变频调速电动机环节
• 3.3.3 交流变频调速电动机死区分析
• 3.4 泵控非对称缸系统建模与仿真分析
• 3.5 泵控非对称缸系统动态特性的影响因素
• 3.6 斗轮机主机俯仰直驱式液压系统的数学模型
• 3.6.1 静磁栅位移传感器
• 3.6.2 直驱式液压系统的数学模型
• 3.6.3 直驱式液压系统稳定性分析
• 3.6.4 直驱式液压系统的误差分析
• 3.7 U/f 控制直驱式液压系统仿真研究
• 3.8 本章小结
• 第4章 矢量控制直驱式液压系统建模与仿真研究
• 4.1 引言
• 4.2 异步电动机矢量控制系统基本原理
• 4.3 异步电动机矢量控制环节模型的建模
• 4.3.1 三相静止到两相旋转的坐标变换模块
• 4.3.2 两相旋转到三相静止的坐标变换模块
• 4.3.3 异步电动机本体模块
• 4.3.4 矢量控制模块
• 4.3.5 速度控制ASR 模块
• 4.3.6 磁链观测模块
• 4.3.7 电流滞环控制模块
• 4.3.8 逆变器模块
• 4.4 交流异步电动机矢量控制仿真研究
• 4.5 矢量控制直驱式液压系统仿真研究
• 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