前馈模糊PID控制的直驱双泵控三腔缸系统

针对液压挖掘机在工作过程中大量动臂势能被浪费,提出一种复合速度前馈与模糊PID控制的直驱双泵控三腔缸系统。在MATLAB/Simulink中,建立直驱泵控差动缸系统模型,通过试验验证其正确性,在该模型基础上搭建直驱泵控三腔缸系统模型,设计速度前馈模糊PID控制器,建立挖掘机动力学模型,将所提出节能系统应用于挖掘机动臂。通过仿真,对动臂在典型挖掘工况下的运行性能及能耗特性进行分析。结果表明,相比于直驱泵控差动缸系统,所提出系统峰值功率降低25.12%和节能33.11%;同时所设计控制器将位移跟踪误差控制在3%,与传统PID、速度前馈PID相比,响应速度快、超调小、位置跟踪精度更高。     

开式泵控非对称缸负载容腔独立控制耦合特性

为解决闭式泵控非对称缸系统的流量不对称的问题,设计了开式泵控非对称缸负载容腔独立控制系统,并针对其非对称缸两腔采用不同控制算法时的参数耦合问题进行研究。以位置-压力组合控制为例,建立该系统数学模型并分析其耦合特性,进而提出位置前馈补偿解耦方法。基于600kN开式泵控油压机实验平台,验证其耦合及解耦特性。结果表明：在位置正弦扰动下,当频率分别为1Hz、1.25Hz时,位置前馈补偿算法对其耦合作用的抑制率分别为16.4%和14.8%。     

变转速泵控马达液压系统仿真分析

变转速液压驱动系统是一种新型的节能传动系统。本文对变转速泵控马达液压系统进行了仿真分析,建立了系统中变频器、异步电动机、定量泵、马达以及负载的数学模型。仿真中采用了PID控制、输入前馈及负载前馈相结合的复合闭环控制技术。仿真结果表明这种控制策略能有效地解决系统存在的速度刚性低,控制特性差等问题。     

双定子多输出泵控差动缸回路的研究

针对现有泵控差动缸液压技术的不足,基于双定子多输出泵提出了新型双定子多输出泵控差动缸液压系统。在多输出定量泵和多输出变量泵的基础上,分别设计出两种新型泵控差动缸液压回路。两种新型液压回路是通过多输出泵中内、外泵排量比来补偿差动缸两腔有效面积比,进而通过单向阀实现精确补偿,其很大程度上提高了系统能量效率,其中多输出定量泵可通过切换多输出泵中内、外泵的连接方式,来补偿多种差动缸的不对称流量,提高了多输出泵的适用性。同时对该新型液压回路搭建了试验测试平台,试验结果表明:多输出泵控差动缸液压回路可解决差动缸流量不对称问题,实现差动缸两方向运动速度相同的目的。试验结果和理论分析基本一致,证明了理论分析的正确性。     

变转速非对称泵直驱液压挖掘机斗杆试验研究

由于结构紧凑,易于并行驱动多执行器等优点,阀控液压缸系统被广泛应用于工业和工程自动化装备,存在问题是节流损失大,能量效率低。为了降低液压系统能耗,有效的方法是采用直接泵控技术,消除节流损失。但传统进出口流量对称型液压泵驱动非对称液压缸系统,需要附加复杂的回路补偿非对称液压缸面积差,并且当液压缸负载方向频繁变化时,控制腔交替变化,液压缸运行平稳性差。针对上述问题,提出一种能够匹配非对称液压缸面积差的非对称泵控缸闭式系统方案,并将其应用于控制具有四象限工作特性的液压挖掘机斗杆。为了验证新提出方案的可行性,在前期仿真研究基础上,构建非对称泵控液压挖掘机斗杆试验系统,对采用新方案后斗杆的运行和能效特性进行研究。测试结果表明,新系统具有良好的控制特性,可消除负载方向改变造成的速度波动,与采用泵阀复合进出口独立控制系统相比,一个工作循环降低能耗达57.0%。     

差动阀控非对称缸系统的稳态特性分析

差动阀是具有R型机能的比例方向阀,无需借助外部元件,即可构成差动回路。通过推导得出了差动阀控非对称缸系统在稳态下系统的压力特性、承载范围和速度-负载特性。与常规阀控非对称缸系统进行对比分析,指出了差动阀控非对称缸系统一些独有的特性,如空载下油缸正反向速度增益相等、伸杆时差动阀的通流能力小于标准控制阀等,并对差动阀的选型和使用进行了讨论。     

应用进出油口独立控制原理改善泵控差动缸系统效率

针对新型双调速泵控制的差动缸电液伺服系统,特别是应用于注塑机锁模机构的情况进行了研究。在总压力和腔压力控制的基础上,进一步提出应用缸进口和出口独立控制的思想,使缸在运动过程中,背压保持较低的值,系统的压力始终与负载相适应,在满足系统动静态特性的同时,可充分发挥每台电动机的功率能力,同时降低了系统本身的能量消耗和液压泵的发热,减小电动机功率损失近20％,研究工作得到了仿真和试验验证。     

考虑阀口误差的阀控非对称液压缸系统建模、仿真与试验

从解决比例阀控制非对称缸系统存在的超压问题入手,分析因加工误差引起的各阀口重叠量不一致这一非线性因素对系统性能的影响,建立考虑阀口误差的阀控非对称缸系统的非线性状态方程模型和键图模型。应用这两种非线性数学模型分析一实际非对称阀控制非对称缸系统的压力特性,与试验结果的对比分析验证了所建的非线性数学模型的正确性。仿真和试验研究揭示比例阀控制非对称缸系统的阀口误差对系统性能影响较大,往往是引起有杆腔压力超过供油压力的主要原因。通过大量仿真研究获得了阀口误差与系统超压之间的关系,研究表明适当提高比例阀阀口的加工精度有利于消除超压现象和提高系统的性能,进而建议将某些比例阀阀口误差控制在最大阀位移的0.5%以内。给出的两种非线性数学模型具有通用性,可用于对各类阀控缸系统进行系统仿真、设计和控制策略等方面的理论研究工作。     

电液泵控差动缸的动态控制

该文针对电液泵控差动缸系统常出现的超压、气蚀问题,提出了二位三通电磁换向阀的动态补偿控制,以平衡差动缸动态过程中流量的不对称,设计了控制系统,通过MATLAB7．6／Simulink—Simscape对系统进行了建模仿真,得出了系统在不同频率的正弦信号和阶跃信号下的位移跟踪特性曲线以及差动缸两腔压力响应曲线,并对仿真结果进行了分析。     

转速可调泵直接闭环控制差动缸伺服系统静特性

提出了应用变速泵直接闭环控制差动缸位置的节能型电液伺服控制概念，通过对控制原理的研究，确定了用双变速泵复合控制差动缸速度的回路原理补偿差动缸不对称的流量。提出总压力的控制原理削除泵泄漏及油液压缩引起缸二腔的气蚀和张紧。导出了该系统的压力流量函数和压力增益函数。     

变量泵、比例阀和蓄能器复合控制差动缸回路原理及应用

提出用单台变速泵或伺服泵,结合蓄能器和旁通比例节流阀复合控制差动缸,改善注塑机能量效率的回路原理。液压泵仅在液压缸进给过程工作,蓄能器存储液压缸运动和制动过程的能量并用作液压缸回程的动力。比例节流阀控制液压缸回程的运动速度,通过新提出的流量校正原理,消除蓄能器内压力变化和负载对阀流量的影响,使液压缸的速度能够实时跟踪预定的轨迹。同正反向都采用泵驱动的原理相比,可消除回程中电动机制动产生的能耗。研究表明,新的回路原理可满足注塑机控制性能的要求。     

基于S7-300的比例阀控液压缸的PID静态补偿控制

分别建立对称阀控非对称液压缸在有杆腔进油和活塞腔进油时的数学模型,使用MATLAB/Simulink分析液压系统在这两种进油情况下的动静态特性,结果表明,液压系统在两种进油情况下系统超调量、调节时间、振荡次数等几个方面存在较大差异。为补偿系统这种非对称性,以S7-300 PLC作为控制器的基础上提出了PID静态补偿控制策略。在疲劳加载试验台上对这一控制策略进行试验验证,试验结果表明,采用PID静态补偿策略很大程度上提高了系统的响应速度及精度。     

泵缸复合结构新型动态流量计

针对目前复杂类型的高频动态流量精确测量的难题,采用泵缸复合结构,设计了一种新型动、静态流量综合测量流量计。该流量计的无载液压缸部分动态性能好,负责高频流量成分的测量;计量泵部分可连续往复计量,负责低频稳态流量的计量。计量泵用伺服电机驱动,通过对计量泵的角速度控制,来使无载缸的平衡位置归零。通过对无载缸速度以及计量泵角速度的测量,可以综合得到被测复杂动态流量。在流量计三维设计的基础上,利用AMESim构建流量计物理模型,利用MATLAB完成流量计控制系统的模块化设计,然后进行联合仿真,对复合结构动态流量计的动态性能以及设计参数的合理性进行了验证。     

变频调速控制多腔液压缸液压系统节能研究

由于能量密度高、结构紧凑和噪声低,电液控制系统被广泛应用于工业生产中。定转速电机驱动变量泵系统为了匹配控制系统执行器速度以及多执行器功率,电机和泵都按系统最大功率匹配,电机在部分负载工况下效率较低,甚至达到15%,并且变量泵也常工作在小排量区,导致电液动力源在部分负载工况下效率更低。为此提出变转速电动机驱动定量泵方案,并采用多腔液压缸,在低负载功率需求下,采用小面积油腔连接方式,在高负载功率下,采用大面积油腔连接方式,从而提高电动机能量效率,进而提高系统能效。     

Output characteristics of a series three-port axial piston pump

Driving a hydraulic cylinder directly by a closed-loop hydraulic pump is currently a key research area in the field of electro-hydraulic control technology,and it is the most direct means to improve the energy efficiency of an electro-hydraulic control system.So far,this technology has been well applied to the pump-controlled symmetric hydraulic cylinder.However,for the differential cylinder that is widely used in hydraulic technology,satisfactory results have not yet been achieved,due to the asymmetric flow constraint.Therefore,based on the principle of the asymmetric valve controlled asymmetric cylinder in valve controlled cylinder technology,an innovative idea for an asymmetric pump controlled asymmetric cylinder is put forward to address this problem.The scheme proposes to transform the oil suction window of the existing axial piston pump into two series windows.When in use,one window is connected to the rod chamber of the hydraulic cylinder and the other is linked with a low-pressure oil tank.This allows the differential cylinders to be directly controlled by changing the displacement or rotation speed of the pumps.Compared with the loop principle of offsetting the area difference of the differential cylinder through hydraulic valve using existing technology,this method may simplify the circuits and increase the energy efficiency of the system.With the software SimulationX,a hydraulic pump simulation model is set up,which examines the movement characteristics of an individual piston and the compressibility of oil,as well as the flow distribution area as it changes with the rotation angle.The pump structure parameters,especially the size of the unloading groove of the valve plate,are determined through digital simulation.All of the components of the series arranged three distribution-window axial piston pump are designed,based on the simulation analysis of the flow pulse characteristics of the pump,and then the prototype pump is made.The basic characteristics,such as the pressure,flow and noise of the pumps under different rotation speeds,are measured on the test bench.The test results verify the correctness of the principle.The proposed research lays a theoretical foundation for the further development of a new pump-controlled cylinder system.     

有源先导级控制的电液比例流量阀特性研究

针对现有技术采用压差补偿器或插装式流量传感器控制流量,会降低阀的通流能力,增加系统的功率损失和发热;大流量场合只能通过阀开口面积间接控制流量,受负载变化影响控制精度低;低工作压力范围可控性差、动态响应慢;大通径采用三级结构,构造复杂等问题,提出用小功率伺服电动机驱动小排量液压泵/马达(有源)、结合液压晶体管(Valvistor),构造新的低能耗、高可控的电液比例流量阀。该方法可扩大阀的流量控制范围,提高阀在低压时的动态响应。建立阀的静态数学模型,分析获得影响阀负载流量特性最主要的因素是反馈节流槽预开口量大小;进一步建立阀的动态数学模型,获得主阀芯稳定条件。根据阀的结构组成,建立阀的仿真模型,仿真分析主阀各参数对主阀性能的影响。结果表明,反馈节流槽预开口量越小,主阀负载流量特性越好;主阀口压降越大,主阀芯响应越快;但由动态数学模型可知主阀口压降太大且先导流量较小时,阀的稳定性也会降低。研究也表明,在保证主阀良好的动态特性前提下,可通过使先导泵/马达转速随负载压力变化,实现对阀的流量补偿,从而改善阀的负载流量特性。     

基于可调速电动机的高动态节能型电液动力源

对应用液压泵与转速可调电动机组成的电液动力源进行了分析和比较，研究了泵和电机的多种组合，给出了可满足不同功能要求的回路原理，对这一系统控制流量，压力的动静态性能进行了试验研究，揭示了该系统特有的内在运行规律，结果表明，新的原理方案较现有的变排量控制原理具有更高的效率，可作为高效，高动态的液压动力源。     

复合型流量计的测量模型

在无载液压缸动态特性良好的基础上,将其与伺服电机控制的计量泵并联连接,设计一种复合型动态流量计,可实现对连续偏置的动态流量精确测量。计量泵调节无载液压缸的活塞位置的同时测量偏置稳态流量,无载液压缸测量高频的动态流量,解决了无载液压缸的行程受限问题。结合复合型动态流量计的结构特性,提出了一种新的泵控缸动平衡控制方案来调节液压缸的活塞位置,提高了活塞的控制和响应速度;同时针对流量测量中的流体泄漏建立流量泄漏补偿模型,使动态流量的测量更精确。搭建实验系统,利用LabVIEW编写实验程序,结合涡轮流量计进行稳态流量测量校准。实验结果表明:复合型流量计方案可行,在稳态流量的测量中可以实现高精度的测量,在动态流量测量中,动态性能良好。