基于多系统协调的密封舱压力智能化控制

掘进面地层水土压力和密封舱压力相平衡是盾构机安全掘进的关键,密封舱压力控制是当前盾构研究的热点。研究根据场切深指数(Field penetration index, FPI)及扭矩切深指数(Torque penetration index, TPI)指标判断土体参数,实现地质的在线识别,为盾构机推力、扭矩和推进速度的设定提供依据。根据质量守恒定律并考虑盾构密封舱渣土的可松性,建立土压平衡盾构密封舱压力控制机理模型,并通过模型预测控制器进行多系统协调控制。对比常规比例-积分-微分(Proportion- integration-differentiation, PID)控制器,多系统协调控制具有更优的控制性能,使盾构机处于工况稳定,掘进快速,节能高效的理想状态。     

盾构机推进液压系统比例压力流量复合控制仿真

本文以盾构挖掘机为背景,对其推进负载进行简化,建立盾构推进系统的模型,并进行仿真分析.提出比例压力流量复合控制方案,并应用AMEsim对其进行仿真.仿真证明比例压力流量复合控制方式可以减小控制压力引起的流量波动,提高了系统的控制性能,对盾构的自动控制有重要意义.     

土压平衡式盾构机土压控制的模拟实验

介绍了土压平衡式盾构机土压平衡的工作原理,在盾构模拟试验台上采用自整定PID对盾构密封舱内的土压力进行了实时控制。由模拟实验可知,在保持推进速度不变的情况下,通过对密封舱内土压力的实时监测来控制螺旋输送机转速的实时变化,可控制密封舱内土压力在设定的范围内,从而达到控制地表沉降、减少地表变形的目的。     

盾构电液控制系统的载荷顺应性理论初探

该文分析了能适应刀盘切屑阻力变化、盾构推进阻力变化及密封舱压力变化的刀盘驱动自适应系统、盾构推进自适应系统及螺旋输送自适应系统。在保证土压平衡的基础上,以实现盾构施工过程中节能高效为目的,阐述了盾构各子系统的掘进参数与掘进负载的协调控制方法,初步建立了盾构电液控制系统的载荷顺应性理论,为盾构设计与施工提供一定的理论指导。     

基于模糊PID算法的盾构机土压平衡控制研究

盾构施工是城市地下交通建设中最常用的施工方式,土压平衡式盾构机能够在不影响城市地面正常功能的条件下顺利施工,其基本要求是密封舱内的土压与开挖面处的水土压力相平衡,否则将造成地面隆起或塌陷,甚至造成安全事故。然而,由于地下施工条件的复杂性,密封舱内的土压与外界泥土压力很难达到平衡,往往根据施工人员的经验来进行,不仅影响工程进度,且可靠性很难得到保证。基于模糊PID控制算法,对影响密封舱内土压力的因素进行控制,并借助LabVIEW平台,编写了对密封舱内土压进行控制的控制器,通过试验仿真验证了该算法的正确性,能够保证施工中土压平衡,为顺利实现盾构施工提供有效保障。     

基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统

推进系统是盾构的关键系统之一。设计了一种基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统,对推进液压缸进行了分区控制,阐述了推进液压系统的工作原理及其控制方式。利用AMESim仿真软件对推进液压系统的压力和流量特性进行了仿真分析,并在工程应用中进行了推进试验,仿真和工程实际应用表明所设计的推进液压系统可实时控制推进压力和推进速度,可以满足盾构的掘进要求。     

ABS压力响应测试和压力的精细调节

建立ABS控制模型和设计ABS控制逻辑都要求测定系统的压力响应特性。设计并制作了ABS压力调节特性测试台架,编写了相应的测试程序。在此基础上,对国产轿车上广泛使用的MK20型压力调节器及其ABS液压回路进行了测试和分析,结果表明所建立的测试装置是有效的。在分析压力响应特性的基础上提出了压力精细调节的实现方法。     

基于Labview的盾构电液实验平台监控系统设计与研究

在概述盾构电液实验平台功能基础上,从数据采集与控制系统两方面,基于Labview软件对其监控系统进行了设计研究。利用PCI数据采集技术和Labview研发了盾构电液控制系统性能测试平台,实现了对盾构主要液压实验系统压力、流量、温度及执行元件转速、扭矩等信号进行实时采集、处理、分析的目的,进而为研究盾构电液控制系统性能提供实验基础。     

基于环境补偿的密封舱气密性压力预测模型

在航空、航天等领域,常采用气压式检漏法对于密封舱进行气密性检查,这种方法基于压力降低值判断密封舱的泄漏情况.该文针对该方法,建立起密封舱微漏情况下的气密性数学模型,并根据高精度气密性检测要求,对检测温度和大气压值变化进行补偿.通过新建立的气密性数学模型可对密封舱泄漏情况实现较准确的定量分析,并通过对泄漏系数Ks的调整,从而实现预测不同对象的压力变化值.最后基于BP神经网络对试验数据进行了训练,对实测压力随时间、温度、大气压变化的预测模型仿真,仿真结果表明该模型具有良好的预测精度.     

点接触EHL二次压力峰和中心压力拟合公式

基于求解点接触弹流润滑(EHL)问题的高效直接算法,研究了点接触EHL状态下载荷、速度、材料参数对二次压力峰和中心压力的影响,在对大量数值解结果进行分析和回归的基础上,给出了二次压力峰和中心压力对载荷、速度、材料参数关系的拟合公式,并对拟合公式的精确性进行了检验,结果显示,在相当宽的参数范围内,所提出的拟合公式的计算结果与数值解的相对误差小于10%,为研究零件在点接触EHL状态下的最大应力及疲劳寿命预测提供了一个简单而实用的工具。     

基于MATLAB的高压腔电液压力伺服控制系统设计及仿真

电液压力伺服控制装置设计的重点和难点是建立电液压力伺服控制系统的数学模型和传递函数及开环增益系数的确定。通过设计高压润滑拉拔机的高压腔压力伺服控制系统,对数学模型和传递函数的建立做了详细介绍,并在MATLAB环境下对电液伺服控制系统进行仿真,确定出使系统稳定的开环增益。同时应用频率响应法对电液伺服控制系统的性能进行分析,从而得到满足要求且可靠的电液伺服系统参数,设计出符合要求的稳定电液压力伺服控制装置。     

波登管力反馈型2D压力伺服阀特性

设计了主要用于飞机刹车系统的2D压力伺服阀,其阀芯具有移动自由度和旋转自由度。将波登管作为压力反馈单元输出反馈力矩,与拨杆拨叉联动,实现与主阀的闭环力反馈,从而保持其压力输出恒定;分析了波登管力反馈机构的传力方式,建立了2D压力伺服阀的数学模型,仿真分析了主阀的静动态特性;设计了样机实验方案并搭建实验平台,实验结果表明：2D压力伺服阀输出压力与旋转电磁铁输入电流基本成线性关系,输出压力的阶跃响应时间约为18 ms。实验结果与仿真分析结果基本一致。     

Asymmetric Fuzzy Control of a Positive and Negative Pneumatic Pressure Servo System

The pneumatic pressure control systems have been used in some fields. However, the researches on pneumatic pressure control mainly focus on constant pressure regulation. Poor dynamic characteristics and strong nonlinearity of such systems limit its application in the field of pressure tracking control. In order to meet the demand of generating dynamic pressure signal in the application of the hardware-in-the-loop simulation of aerospace engineering, a positive and negative pneumatic pressure servo system is provided to implement dynamic adjustment of sealed chamber pressure. A mathematical model is established with simulation and experiment being implemented afterwards to discuss the characteristics of the system, which shows serious asymmetry in the process of charging and discharging. Based on the analysis of the system dynamics, a fuzzy proportional integral derivative (PID) controller with asymmetric fuzzy compensator is proposed. Different from conventional adjusting mechanisms employing the error and change in error of the controlled variable as input parameters, the current chamber pressure and charging or discharging state are chosen as inputs of the compensator, which improves adaptability. To verify the effectiveness and performance of the proposed controller, the comparison experiments tracking sinusoidal and square wave commands are conducted. Experimental results show that the proposed controller can obtain better dynamic performance and relatively consistent control performance across the scope of work (2–140 kPa). The research proposes a fuzzy control method to overcome asymmetry and enhance adaptability for the positive and negative pneumatic pressure servo system.     

基于气动高速开关阀的容腔压力精确控制

容腔压力控制在气动系统中的应用十分普遍,在汽车制动控制中普遍使用比例调压阀实现制动气室内压力的精确调节。将高速开关阀应用于压力控制系统代替比例阀,对于降低生产成本具有重要的意义。介绍了基于高速开关阀的单阀PID容腔压力控制策略和双阀自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control, ADRC)容腔压力控制策略。双阀ADRC控制策略通过将充放气过程中气体的温度变化、容腔内气体泄漏等各种模型不确定性以及内外界干扰视为一个总干扰项,利用扩张状态观测器对总干扰项进行估计并在非线性控制器的设计中进行补偿。结果表明：这两种策略均可以实现容腔内压力精确控制,使用双阀ADRC压力控制策略的控制精度更高。     

气室加载式先导减压阀动态特性分析与参数影响研究

针对在航空航天领域广泛应用的气室加载式先导减压阀,建立了能够模拟其动态工作过程的数学模型。在模型有效性校验的基础上,对该类型减压阀在不同使用场景、不同结构参数下的动态输出特性进行了计算仿真。根据已有使用经验,结合仿真计算结果表明:采用“分级加载”模式能够提升气室加载式减压阀使用寿命,长时间大流量的连续供应将使阀出口压力逐步抬升,阀座处密封填料倒角将显著影响阀门输出特性。此外,对于既定结构减压阀,可通过优化弹簧腔及控制腔阻尼孔直径来快速调节其动态特性。     

高压伺服控制脉冲试验台液压系统设计

液压系统在工作的时候承受的压力脉冲严重影响着液压元件的寿命。该文设计了一种压力脉冲试验台模拟飞机液压系统液压缸所承受的T型压力脉冲,采用伺服阀对液压缸进油腔压力直接进行控制,以确保试验曲线的准确性。建立了AMESim仿真模型,并通过仿真分析影响脉冲曲线的因素,验证了系统的正确性,为试验台的合理搭建提供支持。分析和仿真表明:压力脉冲的上升速率与伺服阀的瞬时通流能力直接相关。     

离心泵泵腔液体压力分布理论计算及验证

准确描述泵腔液体压力分布是研究叶轮盖板力的核心研究问题,也是泵研究领域中的难题。建立泵腔液体流动模型并提出基本假设,将泵腔液体流动视为轴对称二维黏性层流运动,采用数量级比较法,对泵腔液体运动的Navier-Stokes方程简化,并进行积分求得Navier-Stokes方程的近似解析解,推导出设计工况下泵腔液体压力数学模型。在该数学模型计算中,引入势扬程修正系数,解决了泵腔入口液体压力的计算问题,并给出具体确定方法。以IS80-50-315型离心泵为研究对象,在不同叶轮平衡孔直径下,对设计工况下前后泵腔液体压力进行测试和理论计算,对比分析结果表明,两者结果较为一致。还采用2个典型的泵腔液体压力测试实例,进一步验证了设计工况下泵腔液体压力数学模型的可靠性。该研究成果是对经典泵腔液体压力计算公式的补充与完善。     

高压气动系统负载容腔压力伺服控制仿真研究

为满足某气体发生系统安装空间小、重量轻、动态响应快、控制精度高等要求,设计了高压气动压力伺服控制系统,并采用高压电-气伺服阀实现了负载压力的高响应高精度控制。建立了系统数学模型,包括高压气瓶热力学方程、高压电-气伺服阀传递函数与流量方程、负载容腔压力变化与排气流量方程等子模型,并设计了反馈线性化PID控制器。基于MATLAB/Simulink平台建立了高压气动系统仿真模型,仿真研究了高压气瓶容积与初始气源压力、负载容腔排气孔通径等参数对系统负载压力控制性能的影响规律。研究结果为该系统的优化设计与实验研究提供重要理论依据。     

高精度气动容腔自动调压技术研究

针对目前管路系统压力调节方式引入中间级部件造成压力调节死区的问题,提出了一种高精度气动容腔自动调压技术。根据系统组成原理建立系统的动态数学模型,在LabVIEW环境下进行仿真计算。利用正交设计方法,对影响控制精度的4个关键因素——容腔容积、节流孔径、容腔上游压力及最小充放气时间进行分析,得到其对控制精度的贡献率依次为27.2%、 24.4%、23.9%和24.5%。设计了气动容腔自动调压系统,并选择一组合适的参数搭建了实验平台,同时结合PID控制算法进行压力调节试验,压力调节控制精度可达到0.01 MPa。     

基于AMESim的柱塞泵EP2D控制特性研究

该文简述了A11V变量泵带压力切断的电子控制(EP2D)的工作原理,通过对EP2D变量机构进行分析,建立了柱塞泵EP2D控制的数学模型,得出了调压弹簧刚度、大变量缸截面积、反馈弹簧刚度和流量系数是影响控制稳定性的主要因素,并通过AMESim软件建立了相应的仿真模型进行论证;最后,通过试验论证相关设计参数的正确性。