新型高压电-气比例阀设计及性能分析

针对某复杂高压气动系统,设计了一种新型先导式高压电-气比例阀.阀芯采用平衡式滑阀结构,并设计了大容积控制腔结构,降低了主阀芯驱动力,提高了其动态性能.建立了高压电-气比例阀数学模型,对其动态特性进行了仿真研究,结果表明,控制腔容积太小,会导致负载运动加速度指标不能满足系统性能要求,而控制腔容积太大,负载运动加速度趋于平缓,但其响应时间也相应变慢.在气源压力变化情况下,高压电-气比例阀输出压力和流量与外部压力变化具有较好对应关系.高压电-气比例阀在低压小流量及高压大流量的工作条件下,均能满足系统性能要求.该文研究为开发某复杂高压气动系统提供了一种新思路.     

新型高压电-气伺服阀阀口气体射流数值研究

提出一种新型音圈马达直接驱动滑阀式单级高压电-气伺服阀,针对其工作特点及阀芯受力情况,研究高压气体流经伺服阀阀口时气体射流角。在高压电-气伺服阀中阀口上下游压力比达到临界状态时,高压气体流经较小阀口时流速可达到声速,此时高压、高速气流产生的稳态气动力不容忽视,成为影响音圈马达直接驱动滑阀式单级高压电-气伺服阀控制精度及响应特性的重要干扰力。基于气体射流理论采用计算流体动力学方法对高压电-气伺服阀内部流场进行数值模拟,分析不同阀口开度对应的射流角大小,得出高压电-气伺服阀在不同阀口开度时射流角有较大差异,小阀口开度时射流角大于69°,当阀口开度达到设计最大开度时射流角接近69°,但伺服阀在精密控制系统中主要工作在零位附近,此时阀口开度较小,因此不同开度对应稳态气动力均采用射流角为69°的经典理论计算会产生较大误差。关于阀口射流角的数值研究可为高压气动伺服阀的研制及高压气动技术的发展提供一定的理论基础。     

三类伺服阀控制电液负载模拟器的研究

建立了三类伺服阀(流量伺服阀、压力伺服阀、流量-压力伺服阀)控制的电液负载模拟器数学模型,分析了它们加载和克服多余力矩的机理,并进行了仿真和实验研究,为设计和选用被动式电液伺服加载系统中的伺服阀,更好地克服多余力矩以提高系统性能提供了依据。     

新型高压气动比例控制阀动态性能的仿真研究

针对某水下控制装置的特殊要求,设计了一种新型高压气动先导式比例控制阀。提出缓冲压力控制腔结构,实现了先导阀输出压力控制,以适应系统高压、大流量、工作压力范围宽的特点。建立了高压气动比例控制阀系统的动态数学模型,对其动态性能进行了仿真研究,获得了较为满意的结果。研究结果对高压气动比例控制阀的设计制造具有理论指导意义。     

非对称伺服阀在阀控缸电液伺服系统中的应用

电液伺服系统广泛应用于机械设备中，伺服阀是电液伺服系统中的关键元件，非对称伺服阀的出现为阀控非对称伺服油缸电液伺服系统的设计提供了新的选择。采用孔口流量方程和流量连续方程分析了伺服阀非对称结构和对称结构分别控制非对称伺服油缸时伺服油缸两腔的压降情况，得到了2种设计结构非对称伺服油缸两腔的压降指标。结果表明，在合理选择伺服阀阀芯结构和伺服油缸结构匹配时，可以有效减少伺服油缸两腔的压降，减少功率损失。对三轮旋压机横向进给电液伺服系统进行分析，优化了系统压力和电机功率，通过压力传感器检测非对称伺服油缸两腔的压力验证了理论分析的准确性，为电液伺服系统伺服阀阀芯结构和伺服油缸结构的合理匹配设计提供了理论支持。     

高精度压力伺服控制系统研究

采用流量伺服阀构造压力伺服控制系统，实现了气体压力的高精度高响应伺服控制，所得结果已满足某开口装备半实物仿真要求。     

流量伺服阀作压力控制的非典型应用

文章提出并分析了一种用力反馈式流量伺服阀与手动节流阀配合使用,从而对负载进行压力控制的液压桥路。该桥路本质为C型半桥:伺服阀单腔输出,节流阀通过调节回油液阻来调节负载腔压力的起始点,伺服阀根据负载需求改变流量输出。整个压力控制回路为纯机械式控制,稳定可靠,精度可达0.1 bar。     

正开口气动伺服阀控缸匀速运动时的负载特性

建立了正开口气动伺服阀控缸的数学模型,得出了保持气缸作匀速运动时,气动伺服阀位移量与气缸左右腔的压力关系,各阀口的流动状态,阀位移与负载力的关系。当负载匀速运动,阀在零位及其附近时,供气侧为亚音速流动,排气侧为超音速流动。为保持气缸作匀速运动,阀位移与负载力之间必须满足一定的关系条件。可以通过软件技术,实现气动伺服阀的阀位移和负载力的关系,从而达到匀速控制的目的。     

双阀并联控制在船舶舵机电液负载模拟器多余力抑制中的研究

由于船舶舵机电液负载模拟器所模拟的水动力载荷很大,要求加载系统不仅要有很大的出力而且具有很大的负载流量。为满足系统大流量的要求而又能有效抑制被动加载时的多余力,提出了由高响应大流量三级电液流量伺服阀和p-qv伺服阀组成的双阀并联控制方案。通过对船舶舵机电液负载模拟器的建模,p-qv伺服阀模型的分析简化,设计了双阀并联控制实时控制系统。对比双阀并联控制和单流量伺服阀控制的试验曲线,可以看出被动加载时双阀并联控制比单流量伺服阀控制可以更有效地抑制舵机系统启停和换向时的多余力,明显改善系统动态加载性能。     

双阀控制在电液负载仿真台中的应用

根据压力伺服阀和流量伺服阀在电液负载仿真台中的应用特点，提出一种由压力伺服阀和流量伺服阀组成的双阀控制加载方案。对比结构不变性原理补偿方法可知，此双阀控制方法在克服多余力矩及提高性能指标方面更有效。     

用于气动伺服系统的自适应神经模糊控制器

研究了一种基于压力比例阀的气动伺服系统自适应神经模糊控制器。其中的神经网络辨识器（NNI）通过高线训练可以充分逼近非线性动态系统的模型,并能够在线调整模糊控制器的控制规则。系统的位置控制精度和伺服特性有了很大改善。试验结果表明,所提出的控制器对该气动伺服系统具有很好的控制特性以及很强的自适应能力。     

高压气动位置伺服系统的控制策略研究

本文描述了阀控缸高压气动位置伺服系统，提出采用变增益单神经元自适应PID控制器来实现活塞位移的实时控制，仿真结果表明，这种控制器具有运算量小、强鲁棒性、快速跟踪性等优点，是一种非常合适在实际中应用的控制器。     

Adaptive Robust Tracking Control of Pressure Trajectory Based on Kalman Filter

When adaptive robust control(ARC) strategy based on backstepping design is applied in pneumatic servo control, accurate pressure tracking in motion is especially necessary for both force and position trajectories tracking of rodless pneumatic cylinders, and therefore an adaptive robust pressure controller is developed in this paper to improve the tracking accuracy of pressure trajectory in the chamber when the pneumatic cylinder is moving. In the proposed adaptive robust pressure controller, off-line fitting of the orifice area and on-line parameter estimation of the flow coefficient are utilized to have improved model compensation, and meanwhile robust feedback and Kalman filter are used to have strong robustness against uncertain nonlinearities, parameter fluctuations and noise. Research results demonstrate that the adaptive robust pressure controller could not only track various pressure trajectories accurately even when the pneumatic cylinder is moving, but also obtain very smooth control input, which indicates the effectiveness of adaptive model compensation. Especially when a step pressure trajectory is tracked under the condition of the movement of a rodless pneumatic cylinder, maximum tracking error of ARC is 4.46 kPa and average tracking error is 0.99 kPa, and steady-state error of ARC could achieve 0.84 kPa, which is very close to the measurement accuracy of pressure transducer.     

高压气动减压阀的结构优化与特性分析

对氢能源动力汽车的输氢系统来说,要解决的关键问题就是高压氢气的减压,本文针对该系统中的关键性元件高压气动减压阀进行了研究。为保证1次加氢后连续行驶距离达到300km以上,要求氢能源汽车车载输氢系统储氢气瓶的压力达到35MPa以上,氢能源汽车质子交换膜燃料电池所提供的氢气的正常工作压力为0．16MPa。通过对阀的各个主要部件进行分析,优化了该阀的结构,设计了一种新型高压气动减压阀;建立了阀的数学模型,运用MATLAB／SIMULINK仿真软件,分析了该阀的静态特性和动态特性。     

气动位置伺服系统的自适应控制研究

提出采用两个电－气压力比例阀构成新颖的阀控缸气动位置伺服系统,并运用极点配置的自校正自适应控制方法实现了气缸活塞位移的实时控制。研究结果表明,这种气动位置伺服系统比采用电－气流量比例阀的气动位置伺服系统具有较高的刚度和较好的控制性能;运用自适应控制方法的气动位置伺服系统具有较强的跟踪能力和抗参数扰动的鲁棒性。     

无模型控制器在气缸压力控制系统中的应用研究

气动伺服系统存在纯时延、非线性、时变等特点,传统的控制策略(如PID控制)在解决非线性系统时效果不理想,因此提出一种无模型控制算法。此方法在被控对象结构复杂、参数时变时控制效果较好。首先对气动伺服系统进行建模,建模过程包括阀口流量、比例流量阀及缸内压力建立一个二阶模型;其次设计无模型自适应控制器(Model-Free Adaptive Controller,MFAC)用于气动伺服系统压力控制;最后利用LabWindows/CVI平台进行试验验证。结果表明,针对气动伺服系统设计的无模型控制器是有效的,相比于传统PID控制有更快的响应速度和更高的控制精度。     

压缩空气动力应用的发展现状及展望

提出压缩空气不仅可以作为工作介质，而且可以储存能量作为一种动力源。阐述了常规气动伺服控制系统研究的现状，认为以PWM和PCM调制方式为主的开关伺服控制技术仍然是研究的热点。说明了气动系统节能必须重视压缩空气生产、处理、储存、分配与控制等各个环节，并需根据具体情况采取合适的节能技术和方法。综述了高压气动系统和元件的研究概况，指出高压化是气动系统发展的一个方向。提出绿色气动动力系统，并展望其良好的发展前景。     

高压气体压力及流量控制系统

构建了一个高压气体压力及流量控制系统。该系统的硬件部分主要由控制器、电磁比例阀、压力伺服阀、减压阀、截止阀、压力传感器、节流孔板等组成。软件部分由2个模块组成,其中压力控制模块以PI方法为基础,通过电磁比例阀、压力伺服阀实现对气体压力的控制;流量控制模块以PID方法为基础,根据压力差与流量之间的关系,通过控制节流孔板前后的压力差对流量进行较精确的控制。该系统已成功应用于工业生产中。     

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。