基于LuGre摩擦模型补偿的动态电液测力建模与实验研究

为提高电液测力系统在动态下测量其负载的精度,采用Lu Gre摩擦模型描述动态测力时摩擦力非线性特征,搭建了基于比例阀压力控制的动态电液测力系统,对其在不同油液压力、速度下的摩擦力进行测量,依据实验数据及动、静态参数辨识模型辨识得到动、静态参数,进一步研究油液压力及移动速度对Lu Gre模型中各个参数的影响,得到关于油液压力及移动速度的Lu Gre摩擦模型,之后对油液推力实时补偿,得到基于Lu Gre摩擦模型补偿的动态电液测力精度。实验结果表明,动态电液测力状态下库仑摩擦力、最大静摩擦力及动态参数随油液压力的增大而变大,粘性摩擦系数和Stribeck速度随油液压力的增大而降低;基于Lu Gre摩擦补偿的动态电液测力系统测量精度可达0.45%。     

基于液压活塞式惯容器的车辆悬架性能研究

阐述了液压活塞式惯容器的基本结构、工作原理与承载力大的特点，建立了考虑摩擦力、寄生阻尼力和油液弹性效应的惯容器非线性力学模型。在数控液压伺服激振台上对液压活塞式惯容器进行了力学性能试验，基于试验结果，利用Matlab参数辨识工具箱对非线性力学模型中的参数进行辨识。在此基础上建立了包含液压活塞式惯容器非线性因素的车辆惯容器 弹簧 阻尼器（inerter-spring-damper，简称ISD）悬架动力学模型并进行了仿真分析。结果表明，当考虑液压活塞式惯容器非线性因素时，车辆ISD悬架系统的车身加速度均方根值增加5%，而轮胎动载荷与悬架动行程均方根值均有所减小,降低了车辆的行驶平顺性。     

伺服阀非线性特性建模的电液振动台动态特性

伺服阀作为液压伺服系统的核心,其非线性特性直接影响着系统的动态性能.通过对伺服阀非线性特性的分析,利用MATLAB的SIMULINK工具箱建立了相应的仿真模型,并结合工程实践需要,建立了基于伺服阀非线性特性的电液振动台动态分析模型,实现了系统的动态仿真,获得了与实验结果相当吻合的仿真结果.     

电液伺服系统非线性振动机理及试验研究

电液伺服系统是非线性动力学系统,在工作过程中容易出现非线性振动、噪声、冲击和爬行等异常现象,而且诱因不易确定,严重影响系统的稳定性。根据非线性动力学原理,建立电液伺服系统的非线性动力学模型。通过理论研究,探索非线性液压弹簧力和非线性摩擦力等非线性因素对系统动力学特性的影响规律。指出非线性液压弹簧力作用可以用Duffing方程描述,非线性摩擦力作用可以用Van Der Pol方程描述。用研究非线性动力学系统的有效方法:时间历程、频闪采样、功率谱等,对实测信号进行深入分析,多方位揭示电液伺服系统非线性振动的机理及诱因。结果表明,非线性液压弹簧力引起的"跳跃现象"和非线性摩擦力引起的极限环型振荡的共同作用是导致系统发生非线性振动的一个主要诱因,值得关注。     

新型低速电液伺服叶片马达的控制策略研究

介绍了一种仿真转台用新型叶片式无脉动连续回转电液伺服马达的工作原理，分析了拉各瑞(Lugre)摩擦力模型，给出了摩擦力模型的参数辨识方法及在系统中的补偿措施，同时设计具有人工智能的非线性PID复合控制策略。通过实验，得到新型连续回转马达的摩擦转矩模型，对马达的低速及阶跃响应进行了研究。验证了采用摩擦力补偿措施有效地克服了系统的低速爬行及极限环振荡现象，使马达的性能完全符合仿真转台的需要。     

基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法

根据数控交流伺服工作台进给系统从静止到宏观运动的过渡时间,和零速度时刻的指令加速度大小呈反比关系,区分摩擦力矩的预滑动区和滑动区,由此提出基于力矩值估计的摩擦补偿方法;在设定指令加速度后,基于命令力矩值的摩擦力矩模型,不需要测量速度就可以补偿工作台进给系统中的摩擦。同时,考虑到参数的不确定性,设计非线性摩擦自适应控制方案,对其稳定性进行理论证明。在交流伺服工作台进给系统上对基于摩擦力矩值估计的自适应前馈补偿方法进行验证。试验结果表明,基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法能实现在不同指令加速度下对期望轨迹的跟踪,并能大大提高系统的跟踪精度。     

基于摩擦及泄漏补偿的被动电液测力建模与实验研究

为提高液压系统静态下基于流体压力测量其负载的测量精度,基于弹塑性变形理论及流体力学连续方程和N-S方程,分别对液压缸摩擦及泄漏进行了分析,建立了液压缸活塞密封圈与内壁接触摩擦力方程及液压缸-活塞间油液泄漏剪切力方程,得到液压缸接触摩擦力与泄漏剪切力数学模型,利用Ansys与Fluent有限元软件分别对其接触摩擦力及泄漏流场进行仿真计算分析。在此基础上,搭建了被动静态电液测力实验系统,考虑活塞密封圈与缸内壁接触摩擦和液压缸-活塞间泄漏,基于建立的摩擦及泄漏模型,补偿得到了被动电液测力系统的测量精度,并将之与线性拟合法得到的测量精度进行了对比。实验结果表明,采用基于摩擦及泄漏补偿的被动电液测力测量精度比常规线性拟合法明显提高,从而为提高电液测力测量精度提供了一种新的思路与方法。     

电液振动台正弦运动控制方法

为提高正弦振动模拟试验的控制精度,针对电液振动台受不确定干扰力影响的问题,以单轴电液振动台作为控制对象,使用滑模控制抑制不确定干扰力对正弦振动控制精度的影响,同时加入最小控制综合(Minimal Control Synthesis,MCS)算法补偿系统在考虑伺服阀动态后滑模控制器的不足,结合三状态控制实现加速度控制。通过MATLAB/Simulink建立控制策略仿真模型进行仿真分析。结果表明:该复合控制策略可以有效抑制干扰力影响并且提高正弦振动控制精度。     

高频电液振动台谐振特性研究

传统电液振动台的工作频率受伺服阀频宽的制约难以提高到较高的水平,为了解决这一难题,提出一种由2D激振阀和数字伺服阀联合控制差动式液压缸所构成的新型高频电液振动台,旨在大幅提高电液振动台的振动频率。阐述了高频电液振动台的工作原理并建立其数学模型,利用Simulink构建了系统仿真模型,对高频电液振动台在谐振点工作时的振动波形进行了仿真研究。为了验证理论分析以及高频电液振动台在谐振点时实际输出的振动波形,设计了高频电液振动台并进行了实验研究。实验结果表明:高频电液振动台的振动频率由2D激振阀阀芯的转速决定,当2D激振阀的激振频率与电液振动台的固有频率相等时,振动台输出的幅值会被突然放大(即产生谐振现象),过了谐振点后振动台输出的幅值则会快速下降。     

连铸结晶器电液伺服系统的研究

针对实验用液压伺服驱动连铸结晶器振动模拟装置，综合考虑伺服阀流量非线性和负载结构谐振，建立了电液伺服系统的数学模型，并通过实验证明其正确性。为抑制其参数摄动，对位置闭环控制系统进行变结构控制器设计。     

电液伺服振动台加速度谐波抑制

由于电液伺服振动台中存在着伺服阀死区、连接铰间隙和摩擦力以及液压缸摩擦力等非线性因素,导致振动台在正弦信号激励下,其加速度响应信号中存在高次谐波失真现象。在对死区、间隙、摩擦补偿相关文献的研究基础上,针对加速度信号中的高次谐波,提出了基于自适应陷波器技术的自适应谐波抑制策略。其参考信号频率为要抑制的谐波频率,利用最小均方自适应滤波算法,根据输入加速度信号与反馈加速度信号间的误差信号,实时在线调整自适应滤波器的权值。参考信号经过自适应滤波器的加权作用,得到自适应滤波器的输出,它是一个谐波复制信号,并与输入加速度信号相加,以抑制输出加速度信号中的谐波,进而使总谐波失真度大大降低。     

电液力伺服系统自适应抗扰控制研究

考虑到电液伺服系统中存有各种非线性因素、不确定干扰以及参数时变,为了提高干扰下电液力伺服系统的控制精度,以电液伺服振动实验台作为控制对象,构建其非线性模型,同时使用参数自适应率对不定参数进行补偿,并在反演控制器中引入滑模控制以降低系统的干扰敏感性,利用Lyapunov理论保证闭环系统的全局稳定。对设计的控制器进行实验,模拟在有未知外部位置干扰下的力控制,提升系统的稳定性。实验结果证明,此控制方法能够有效地提升电液力伺服系统的抗干扰跟踪性能。     

力干扰下的电液位置系统自适应鲁棒控制

在建立整个电液位置伺服系统的非线性方程中，由于未考虑到外界的未知干扰和建模过程中参数的变化，即液压缸黏性阻尼系数、液压缸总泄漏系数、液压油弹性体积模量会随外负载、工作温度等不同条件发生变化，模型的准确性会受到影响。通过自适应的方法让相应的参数实时变化，提高整个系统的稳定性。通过干扰观测器补偿外界的未知状况，从而提高整个系统的鲁棒性。通过对设计的控制器进行试验，实现对干扰的抑制。试验结果显示，该控制器对电液位置伺服系统的鲁棒性有明显的提高。     

带连杆六自由度并联振动台控制方法

对于并联运动平台,将液压缸体固定,由轻量化连杆传递运动可降低液压缸运动的惯性力和铰接处摩擦力。以一种带连杆的六自由度并联振动台为研究对象,基于位置正解算法提出带连杆六自由度振动台位姿控制策略。对振动台进行了运动学分析,通过局部坐标变换推导出位置正解计算方法。利用SimMechanics建立了带连杆六自由度振动台的动力学模型。结合PI控制器、雅克比矩阵以及正解算法,应用MATLAB/Simulink搭建了完整的闭环控制模型。最后通过阶跃响应与正弦响应仿真验证控制策略的有效性。     

高频电液振动台振动特性实验研究

传统电液振动台由于受伺服阀频响特性的限制,其工作频率难以提高到较高的水平。为此提出一种基于2D激振阀的高频电液振动台,由于2D激振阀是一种特殊结构的转阀,通过提高2D激振阀阀芯的转速可以使电液振动台的工作频率实现大幅提高。分析了高频电液振动台的工作原理,并建立了其数学模型,为了验证理论分析以及高频电液振动台工作时的实际输出振动波形,设计了高频电液振动台并进行了实验研究。实验结果表明：基于2D激振阀的电液振动台能大幅提高振动频率,振动台输出的振动频率达到800Hz,远远高于现有传统电液振动台的振动频率。     

液压驱动单元力控系统建模及其性能影响因素研究

以四足机器人关节驱动器 液压驱动单元为研究对象,依据液压驱动单元的结构组成原理,采用机理建模的方法,建立其力控系统数学模型,该模型包含了基于辨识得到的伺服阀三阶传递函数、伺服阀的压力 流量非线性环节、伺服缸两腔容积变化因素等。建立液压驱动单元力控系统框图,并利用MATLAB/Simulink平台建立其仿真模型,采用实验测试与仿真分析相结合的方法,研究不同工作参数和不同给定信号下的液压驱动单元力控性能。研究结果表明：比例增益、供油压力、力阶跃量及正弦频率等参数均会对液压驱动单元的力控性能产生影响,该研究工作对四足机器人各关节高性能的力控方法研究提供了理论和实验基础。     

PRACTICAL FRICTION MODELS AND FRICTION COMPENSATION IN HIGH-PRECISION ELECTRO-HYDRAULIC SERVO FORCE CONTROL SYSTEMS

Nonlinear friction is the main factor in the electro-hydraulic servo force control system. It causes steady-state and tracking errors that are difficult to eliminate during static and dynamic loading. In recent years, many studies have been done to reduce or eliminate the influence of the friction in the control system. This article discusses an electro-hydraulic servo force control system to complete simulation experiments in the laboratory. According to friction theory, the effect of friction near the zero-velocity point that appeared twice within a cycle during the test would be very obvious, which distorts the waveform and decreases the control accuracy. Due to the special purpose of the electro-hydraulic servo force control system, a practical friction compensation method has been introduced in this article. The friction static friction model, dynamic friction model, and identification methods are discussed in detail. The experimental results show that this practical friction compensation method can significantly reduce the influence of the nonlinear friction and improve control accuracy in the high-precision electro-hydraulic servo force control system.     

结晶器非正弦振动电液伺服系统设计及PID仿真

随着钢铁连铸的发展,结晶器振动技术的发展成为提高生产效率,改善铸坯产品质量的主要手段。基于先进的液压伺服技术,该文建立由电液伺服阀、伺服油缸等组成电液伺服激振系统,根据实际生产参数建立数学模型。同时在研究中加入了改进式PID控制方法,并由MATLAB进行结晶器伺服系统仿真分析,结果表明控制方法对系统的快速性、精确性、稳定性都有显著提高,也说明了此系统具有很强的实用型。     

电液伺服泵控系统柔性传动比理论研究

电液伺服泵控系统具有高效节能、高功重比和环境友好等技术优点,但受诸多非线性因素的影响,系统传动特性表现出极强的非线性。通过深入研究电液伺服泵控系统的传动特性,提出柔性传动比理论,建立电液伺服泵控系统的数学模型,得到伺服电机-定量泵-液压缸之间的柔性传动比规律。对柔性传动比应用进行研究,提出基于广义排量的压力控制策略。搭建系统柔性传动比仿真与试验平台,对柔性传动比理论应用进行仿真和试验研究。研究结果表明,柔性传动比理论的应用对压力控制具有良好的控制效果,将为电液伺服泵控系统的工程推广与应用奠定良好的基础。