扭转振动/疲劳试验机液压传动及控制系统研究

论文摘要

扭转振动/疲劳试验机能对弹性轴类零件(例如弹性联轴器)进行静态、动态试验和扭转疲劳试验,是研究弹性轴类零件性能的重要试验设备,被广泛应用于船舶、汽车、航空航天等工业部门及大专院校、科研院所的相关实验室,对研究新材料、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用。本课题的研究基于一个30kN·m扭转振动/疲劳试验机的研发项目。研究目的是设计出扭转振动/疲劳试验机的动力源,即设计出试验机液压伺服系统,为拉压和扭转试验提供轴向进给力。液压伺服系统是试验机的重要组成部分,是决定试验性能和精度的重要因素。在设计试验机液压伺服系统时,除了满足静态设计指标外,还需要具有较好的动态性能。另外在使用试验机对弹性轴类零件进行静、动态和扭振疲劳试验时,由于试件、试验条件和系统工况的不同,部分系统参数会在一定范围内变化,因此需要分析参数变化对控制系统的影响,为试验机控制算法的设计提供理论依据。论文以试验机液压伺服系统为研究对象,根据系统技术要求,设计了液压系统回路,对液压动力机构进行了优化设计,使液压动力机构输出特性与负载特性达到最佳匹配,计算各元件主要参数并选型;建立了试验机角度和扭矩控制系统的数学模型,在MATLAB/Simulink下分别对两种控制系统进行了动态仿真,分析了系统主要变参数对控制系统的影响和系统频宽,并对扭矩控制系统进行了校正;在AMESim下建立了试验机控制系统的物理模型并增加非线性因素,对控制系统进行了仿真,分析了系统主要变参数对控制系统的影响和系统频宽,并对扭矩控制系统进行了校正,同时通过对比在两种软件下的仿真结果,验证了控制系统的数学模型。仿真结果表明,在角度控制系统中,伺服放大器增益是影响系统性能的最主要因素。在扭矩控制系统中,伺服放大器增益和负载扭转刚度是影响控制系统性能的最主要因素;参数变化时,在AMESim仿真中的系统幅值图的变化趋势与在MATLAB下的仿真结果相同,控制系统的数学模型能较好的表达系统的特性。同参数下,在AMESim中的系统频宽低于MATLAB仿真时的系统频宽;角度控制系统能满足系统频宽要求,扭矩控制系统的稳定性性较差,频宽不能满足系统技术要求,经过校正后的扭矩控制系统能满足系统频宽要求;设计的液压伺服系统能达到系统的静态指标和满足系统频宽要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及来源
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 液压传动及控制技术
• 1.2.2 电液伺服试验机介绍
• 1.3 研究的目的及内容
• 1.4 小结
• 2 液压伺服系统静态设计
• 2.1 试验机及液压伺服系统主要技术指标
• 2.2 液压伺服系统方案的确定
• 2.3 负载特性分析
• 2.4 液压动力机构的优化设计
• 2.4.1 液压动力元件的输出特性
• 2.4.2 动力机构与负载的最佳匹配
• 2.5 液压缸主要参数的计算及伺服阀的选择
• 2.6 其他液压元件参数的计算及选型
• 2.7 最大功能曲线
• 2.8 小结
• 3 基于 MATLAB 的电液伺服系统仿真
• 3.1 角度控制系统
• 3.1.1 角度控制系统结构原理
• 3.1.2 角度控制系统数学模型
• 3.1.3 角度控制系统动态分析
• 3.1.4 角度控制系统小结
• 3.2 扭矩控制系统
• 3.2.1 扭矩控制系统结构原理
• 3.2.2 扭矩控制系统的数学模型
• 3.2.3 扭矩控制系统动态分析
• 3.2.4 扭矩控制系统小结
• 3.3 小结
• 4 基于 AMESim 的电液伺服系统仿真
• 4.1 AMESim 介绍
• 4.2 控制系统建模
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 角度控制系统仿真
• 4.3.2 扭矩控制系统仿真
• 4.4 小结
• 5 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 本文的创新点
• 5.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读学位期间参与的科研项目
• C 液压系统原理图和试验机系统效果图