高速开关阀先导控制的电液位置系统研究

论文摘要

电液位置控制系统是自动控制领域中的一个重要组成部分,在工业生产领域得到了广泛的应用,随着其发展与应用领域的进一步扩展,工业生产对电液位置控制系统的控制精度及响应速度提出的要求也越来越高,因此出现了以高速开关阀为代表的、众多可由计算机直接控制的数字液压元件。本文对高速开关阀的工作原理作了详细的分析,利用磁路分析的方法研究了高速开关阀电磁部分的物理特性并建立了数学模型,在此基础上进行了仿真研究,得出了高速开关阀开启和关闭的响应曲线。同时,针对高速开关阀额定输出流量较小的缺点,提出了以高速开关阀为先导阀、液控换向阀为放大级的电液位置控制系统设计方案,并对该系统的组成结构和工作原理进行了详细的说明,在分析了系统各个元件物理特性的基础上建立了整个系统以及各个子环节的数学模型,论证了其工作性能与可靠性。由于电液位置控制系统是一结构复杂的多耦合的机、电、液综合系统,具有非线性、时变性、大动态、大功率等特征,传统的经典控制理论已经很难保证对具有上述特征的电液位置控制系统的控制效果,因此,本文将模糊控制理论和传统PID控制理论相结合的模糊PID控制策略应用于电液位置控制系统中,设计了采用单片微机控制芯片作为主控的高性能模糊PID控制器,以及基于PWM控制方式的高速开关阀驱动电路。仿真结果表明,利用此模糊PID控制器,新型电液位置控制系统具有了高响应速度、低超调、适应能力强等特征。本文的研究内容对目前的电液位置控制系统的设计、制造和控制具有较大的参考价值及借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电液控制系统概述和发展前景
• 1.1.1 电液控制系统概述
• 1.1.2 电液控制技术的发展前景
• 1.2 电液控制系统控制策略概述
• 1.3 本课题的研究背景、意义和研究内容
• 1.3.1 本课题的研究背景及意义
• 1.3.2 本文的研究内容
• 第2章 新型电液位置伺服系统的总体设计
• 2.1 新型电液位置控制系统提出的理论背景
• 2.1.1 电液位置控制系统的原理及构成
• 2.1.2 伺服、比例阀构成的电液位置系统的主要不足
• 2.1.3 先导控制方式的可行性及优势
• 2.2 新型电液位置控制系统的总体设计方案
• 2.3 系统硬件电路设计
• 2.3.1 系统采用的单片机选型
• 2.3.2 系统时钟和复位
• 2.3.3 采集数据A/D转换电路
• 2.3.4 数据存储器扩展
• 2.3.5 高速开关阀驱动电路
• 2.4 本章小结
• 第3章 高速开关阀的瞬态特性分析及PWM控制
• 3.1 高速开关阀的结构和工作原理
• 3.1.1 高速开关阀工作原理
• 3.1.2 高速开关阀的结构特点
• 3.2 影响高速开关阀阀芯开关速度的因素
• 3.3 高速开关阀瞬态响应分析及建模
• 3.3.1 高速开关阀电压平衡方程
• 3.3.2 电磁驱动部分等效磁路方程
• 3.3.3 阀芯运动方程
• 3.4 高速开关阀瞬态响应仿真分析
• 3.4.1 阀芯线圈通电阶段瞬态响应
• 3.4.2 阀芯线圈失电阶段瞬态响应
• 3.5 液压脉宽调制技术
• 3.5.1 液压脉宽调制技术原理
• 3.5.2 PWM控制方式的高速开关阀流量和压力控制特性
• 3.5.3 高速开关阀PWM控制的优点
• 3.6 本章小结
• 第4章 新型电液位置控制系统建模与分析
• 4.1 高速开关阀先导控制的换向阀性能分析
• 4.1.1 高速开关阀数学模型
• 4.1.2 液动换向阀数学模型
• 4.1.3 高速开关阀先导控制的换向阀阀芯位移响应
• 4.2 换向阀控液压缸性能分析
• 4.2.1 液压缸数学模型
• 4.2.2 阀控液压缸活塞位移响应特性
• 4.3 本章小结
• 第5章 新型电液位置系统Fuzzy-PID控制策略及仿真
• 5.1 PID控制特点及不足
• 5.1.1 PID控制原理
• 5.1.2 常规PID控制的不足
• 5.2 电液位置控制系统的Fuzzy-PID控制策略
• 5.2.1 常规模糊控制理论
• 5.2.2 Fuzzy-PID控制理论
• 5.3 电液位置控制系统常规控制策略仿真
• 5.4 电液位置控制系统Fuzzy-PID控制器设计及系统仿真
• 5.4.1 模糊控制器对PID控制参数的整定原则
• 5.4.2 Fuzzy-PID控制器的设计
• 5.4.3 系统Fuzzy-PID控制仿真
• 5.5 本章小结
• 第6章 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文