热压焊机焊接温度控制的仿真与实验

针对热压焊机的温度控制问题,进行了数字控制器的设计与验证.先通过系统辨识建立电阻式加热器的温升动力学模型,然后根据动力学模型以及加热器的性能指标设计数字控制器,并以计算机控制方式实现.在控制器设计中,针对电阻式加热器的非线性温升特性,采用静态非线性变换将温度控制器设计转变为线性系统的控制问题,并设计最优控制器.仿真及实验结果表明,该温度控制系统达到了设计要求.     

一类摩擦非线性系统的PID控制和摩擦补偿控制的实验比较研究

研究一类高度非线性摩擦特性影响下的控制系统的定位控制问题 .针对负载扭矩变化而造成摩擦特性的变化 ,采用PID控制和摩擦补偿控制对阀控液压马达控制系统的定位控制进行实验对比分析 .实验结果表明 ,常规比例控制由于受摩擦的影响产生较大的稳态误差 ,而积分控制的引入可减小稳态误差 ,但却引起系统产生极限环振荡和较长的调节时间 ;简单的定摩擦补偿在恒定的负载扭矩下可以有效地减小稳态误差 ,但是当负载扭矩大范围变化时 ,稳态定位精度将大大降低 ;基于误差和误差变化的动态摩擦补偿 ,在负载扭矩大范围变化的条件下均获得了高精度的定位控制 .     

基于级联控制器的液压机位移/压力复合控制

针对液压机的电液系统控制难题,提出非线性级联控制器,对液压机在慢速加压阶段的位移、压力进行复合控制.为了克服系统参数不确定性对压力控制带来的显著影响,该非线性级联控制器的压力控制环采用扰动观测器对油液体积弹性模量、伺服比例阀流量增益、液压缸泄漏系数等参数的不确定性所产生的集中扰动进行在线估计及补偿,利用无源性定理证明了压力控制环的稳定性;考虑到系统参数不确定性及各种外干扰对滑块位移控制带来的不利影响,该非线性级联控制器的位移控制环基于滑模控制而设计;位移控制和压力控制的切换取决于当前位移.实验结果表明,该非线性级联控制器能够使得液压机在慢速加压阶段实现高精度、平稳的位移控制及压力控制,可以实现这两者之间的平稳切换.     

FUZZY-PI控制器在水温控制系统中的应用

针对水温控制系统存在非线性、时滞的问题,采用FUZZY-PI复合控制器对其进行控制,既利用了模糊控制适应能力强、动态特性好、抗干扰能力强的特点,又利用了PI控制可消除系统静差的特点,从而使控制系统的动态和静态品质都得到了提高,在水温控制实验中取得了较理想的效果.     

运载火箭构件抗压强度测试的压力自动加载

为提高运载火箭构件抗压强度测试过程的自动化程度及改善测试精度，设计了一个计算机控制的自动压力加载系统，提出了一种主、轴阀双控制器协调控制系统结构，解决了该系统在具体实现中的特殊非线性问题。同时为提高压力控制精度和大偏差下的系统快速平稳归零，针对其中的主阀控系统引入了粗精双模态控制，并详细讨论了实现过程中的切换问题。仿真证明：设计的系统具有良好的控制特性，能够完成0.1-5.0MPa的水压自动加载，压力加载分辨率为0.05MPa，控制精度可达到0.5%FS。     

开关先导型超高压气动减压阀原理与特性研究

设计了一种开关先导型超高压气动减压阀.该阀设计输入压力为35 MPa,输出压力为4～25 MPa.采用电反馈闭环控制,主阀采用活塞式结构,先导阀由两个电磁开关阀构成.建立了系统的非线性数学模型,分析结构参数和控制参数对系统动态特性的影响,利用Matlab进行了仿真,并在测试平台上对该减压阀的特性进行了实验,得到了减压阀的特性曲线.仿真和实验结果表明,该阀在设计压力范围内具有良好的压力特性;调压腔的体积和进排气气阻是影响阀动态特性的重要因素;增大调压腔的体积或增大进排气气阻可减小输出压力振动幅度、提高输出压力精度,但系统的反应时间变长     

基于非线性分离的可倾转四旋翼LQR飞行控制研究

本文研究了一种能够独立控制位置和姿态的可倾转四旋翼飞行器,在建立了系统动力学模型的基础上,针对可倾转四旋翼飞行器系统存在的强输入非线性问题,采用了非线性分离策略,构造中间控制量,将该强非线性系统分离为线性动态环节和非线性静态环节,并仅针对线性动态环节设计了计算量小、易于硬件实现的线性二次型调节器(LQR),然后再通过反解输入非线性环节将中间控制量分配到实际的控制量——旋翼倾转角和电机转速.仿真实验结果表明,基于非线性分离策略设计的LQR飞行控制器能够实现对可倾转四旋翼稳定控制,很好地独立追踪位置和姿态期望.     

模糊自适应PID在磁悬浮系统中的仿真研究

以磁悬浮系统为对象,通过钢球位置与控制电流的实验拟合曲线,在MATLAB下运用S-函数建立了非线性模型.针对磁悬浮系统开环不稳定、强烈非线性等特性,结合PID控制和模糊控制的优点,提出了一种改进的模糊自适应PID控制方法.对位置偏差E及偏差变化率Ec采用非线性模糊化,并将PID控制器中D环节从模糊控制器中独立出来,只对P和I参数进行模糊自整定.仿真结果表明:IFPID控制系统的抗干扰和自适应能力都优于常规PID控制,具有更好的动态特性和稳定性.     

内外爆气动开关阀

为了设计一种用于油井液位测量系统的气动高速大流量开关阀,利用小流量的先导高速开关阀驱动大通径的主阀芯.提出以控制腔的充放气过程中压力特性来描述该阀的动态特性.基于热力学、动力学、气压传动等理论详细建立数学模型,并搭建内外爆气动开关阀的实验平台来验证模型的正确性.对阻尼孔通径、控制腔体积等影响动态特性的因素进行分析和优化.结果表明,仿真与实验相符.增大控制腔体积可减小压力振幅幅度,但阀芯开启时间变长;而阻尼孔通径与先导阀通径的比值在0.13～0.27内系统的响应特性颇好.实验结果表明,该阀有效解决大流量与高切换速度之间的矛盾.     

移动机器人神经网络自适应控制

针对一类非完整移动机器人的轨迹跟踪控制问题,同时考虑移动机器人的运动学和动力学模型,设计运动学控制器和动力学控制器结合的神经网络控制系统.其中动态模型中的不确定性是由神经元控制器进行补偿,由此可保证闭环误差系统最终趋近稳定.采用基于李亚普诺夫(Lyapunov)稳定性理论的判稳方法,证明整个闭环控制系统的稳定性.仿真结果表明,该控制方案具有较强的鲁棒性.     

控制阀的流量自感知及其在外泄漏自感知中应用

控制阀的外泄漏会造成物料损失,污染环境,甚至还会造成严重事故。利用控制阀外部的传感器来测外泄漏的传统方法低效,属于事后检测,使外泄漏事故得不到及时处理。为了实现控制阀外泄漏的快速自动检测,本文提出一种便于在工业现场实施的基于控制阀流量自感知的外泄漏检测方法。根据被控流体压力、控制阀开度等数据,建立控制阀的流量自感知模型,使控制阀具有流量自感知的能力。如果没有外泄漏,则由控制阀入口流进的流体质量和由出口流出的流体质量相等。如果控制阀发生外泄漏,则由控制阀入口流进的流体质量和由控制阀出口流出的流体质量不等,同时由于控制阀出口的流体质量减小,导致控制阀出口的压力等参数发生变化。为了恢复刚才泄漏前的稳态,闭环控制器向控制阀驱动器发出调节指令,增大阀门的开度,增加控制阀入口流量,以抵消外泄漏造成的影响。在相同的开度增量条件下,外泄漏引起的流量增量与正常操作所引起的不同。在实施控制阀的泄漏自感之前,根据平时正常的工况,预先确定各开度条件下的质量流量的名义最大值。根据流量自感知模型的质量流变化率和名义最大值,阀门控制器内嵌的泄漏诊断程序可实现外泄漏的自诊断,并发出外泄漏故障信号。此外,带流量自感知模型的控制阀,能当流量计用,可省掉管路中的流量测量设备。研究结果证明了所提出的外泄漏自感知方法的有效性。     

基于反步法的列车制动缸压力精确控制

针对重载列车电控空气（ECP）制动系统,提出基于反步法的制动缸压力精确控制方法. 通过等效连续化处理和线性化处理,建立具有严格反馈方式的ECP制动系统控制模型;引入已知上界的不确定项,采用指数趋近律的滑模变结构,实现系统局部鲁棒性;基于反步法设计控制律,构造误差变量以及 Lyapunov函数;引入一阶滤波器,解决控制律中存在的“微分项数爆炸”问题. 硬件在环试验结果表明：与传统控制器相比,基于反步法的制动缸压力控制器具有更高的控制精度,其稳态控制误差在±8 kPa内,且调压过程无明显超调;在控制器中引入控制死区,可以大幅降低AV/RV阀的动作次数,提高系统使用寿命.     

Effect of Radial Resistance Gap on the Pressure Drop of a Compact Annular-Radial-Orifice Flow Magnetorheological Valve

A compact annular-radial-orifice flow magnetorheological (MR) valve was developed to investigate the effects of radial resistance gap on pressure drop. The fluid flow paths of this proposed MR valve consist of a single annular flow channel, a single radial flow channel and an orifice flow channel through structure design. The finite element modelling and simulation analysis of the MR valve was carried out using ANSYS/Emag software to investigate the changes of the magnetic flux density and yield stress along the fluid flow paths under the four different radial resistance gaps. Moreover, the experimental tests were also conducted to evaluate the pressure drop, showing that the proposed MR valve has significantly improved its pressure drop at 0.5 mm width of the radial resistance gap when the annular resistance gap is fixed at 1 mm.     

Modeling and parameter estimation for hydraulic system of excavator＇s arm

A retrofitted electro-hydraulic proportional system for hydraulic excavator was introduced firstly. According to the principle and characteristic of load independent flow distribution（LUDV） system,taking boom hydraulic system as an example and ignoring the leakage of hydraulic cylinder and the mass of oil in it,a force equilibrium equation and a continuous equation of hydraulic cylinder were set up. Based on the flow equation of electro-hydraulic proportional valve,the pressure passing through the valve and the difference of pressure were tested and analyzed. The results show that the difference of pressure does not change with load,and it approximates to 2.0 MPa. And then,assume the flow across the valve is directly proportional to spool displacement and is not influenced by load,a simplified model of electro-hydraulic system was put forward. At the same time,by analyzing the structure and load-bearing of boom instrument,and combining moment equivalent equation of manipulator with rotating law,the estimation methods and equations for such parameters as equivalent mass and bearing force of hydraulic cylinder were set up. Finally,the step response of flow of boom cylinder was tested when the electro-hydraulic proportional valve was controlled by the step current. Based on the experiment curve,the flow gain coefficient of valve is identified as 2.825×10^-4 m^3/（s·A） and the model is verified.     

动态流量平衡阀结构优化与验证

针对动态流量平衡阀流量控制精度较低问题,依据孔板流量和同心环状缝隙流方程,初步设计阀芯开孔型线,提出压差补偿系数因子修正法对现有的型线公式进行了优化修正,基于大涡模拟(LES)湍流模型,数值模拟研究了优化前后动态流量平衡阀的流量控制精度和流量精度误差,对比分析阀芯开孔型线对阀内压力脉动强度的影响规律,并搭建流量测试试验台对所提优化方法进行验证。结果表明,压差补偿因子修正法优化阀芯开孔型线能有效降低阀芯端面压力脉动强度,提高动态流量平衡阀流量控制精度至3.7%,流场模拟计算和实验结果趋势上基本吻合。     

2D数字压力阀

2D数字压力阀是采用阀芯的双运动自由度设计的导控型压力阀。该阀由阻尼管型的液压桥路和旋转自由度构成阀的导控级 ,控制着一个阀腔的压力 ,该压力与反馈到另一个阀腔的压力进行比较 ,所产生的不平衡力驱动阀芯线性运动从而改变阀口的大小 ,使的阀的出口压力与液压桥路的输出压力保持定值比例关系 ,并且不随阀口输出流量的变化而变化。阀芯的旋转运动由数字接口驱动 ,该数字接口由执行元件——步进电动机及数字阀控制器组成。控制器的核心部分为跟踪算法 ,该算法可以使步进电动机的输出角位移连续可控 ,这样可以同时保证阀的响应速度和控制精度     

Multi-Channel Force Control System for Static Loading

An eight-channel force loading system is presented, which adopts position control system and forcecontrol system switching model, small flow servo valve controlled capacious cylinder system scheme, intelligentPID algorithm and distributed load approach. Through the analyses of the equivalent model of valve controlledcylinder force subsystem.     

Multi-Channel Force Control System for Static Loading

An eight-channel force loading system is presented, which adopts position control system and forcecontrol system switching model, small flow servo valve controlled capacious cylinder system scheme, intelligentPID algorithm and distributed load approach. Through the analyses of the equivalent model of valve controlledcylinder force subsystem, a controller based on intelligent PID algorithm is designed, which is not sensitive to the     

压电陶瓷驱动精密流量阀的设计与建模

设计了一种精密流量阀,采用压电陶瓷驱动流量阀阀芯并控制其位移.在流量阀的减压出口处安装了金属橡胶,以消除流体通过节流口后压力剧烈变化所产生的纹波现象.设计了流量阀的结构,通过分析流经阀芯节流口以及金属橡胶的流体流量特性,基于节流阀芯的力平衡方程,建立了压电陶瓷驱动精密流量阀的电压 流量理论模型.在流量阀出口安装微压力/流量传感器并与控制器组成闭环控制系统,使得该流量阀具有自适应精密减压阀的功能.将减压阀与流量阀串联组合,可以实现对流体的精密减压与流量控制.多个相同的串联组合阀并联后具有数字比例调节阀的功能,在一定范围内可以实现对出口压力、流量的连续调节与控制.将该精密流量阀作为先导控制阀并与流量阀组合,成为具有高频响特性的精密大流量伺服阀.     

先导式电液配流系统的动态特性

为了实现往复式压缩机排气量的无级调节,满足气量调节对配流过程响应快速性和平稳性的要求,提出一种基于双阀结构的先导式电液配流系统.建立压缩机吸气和回流过程中的配流气阀动力学模型,通过联合仿真研究主要设计参数对电液配流系统动态特性的影响.研究结果表明：电液执行机构的压力飞升和卸压速率是影响气阀动作快慢的关键因素;所设计的配流系统中气阀开启和关闭滞后时间均小于10 ms,气阀响应速度显著提高;供油压力10 MPa、阀片行程2 mm条件下阀片与阀座和行程限制器的撞击速度分别为0.214和1.35 m/s,充分满足可靠性许用要求;气阀动作试验曲线与仿真结果拟合程度高,所述联合仿真模型可以作为电液配流系统性能分析的研究平台.