应用EEMD和小波包分解的压力脉动信号时域特征提取方法

柱塞马达压力信号是液压系统重要的信号源,其中压力脉动的特征变化能够反映系统局部乃至全局的运行状态。为从多成分混叠的压力信号中有效分离压力脉动成分,重构时域特征,提出基于集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)与小波包分解的压力脉动信号时域特征提取方法。首先,利用EEMD将压力信号与干扰信号分离;其次,根据柱塞泵和柱塞马达压力脉动信号的时频特性,利用小波包分解并重构得到柱塞马达压力脉动信号,提取时域特征;最后,结合实验分析脉动特征随工况的变化规律。该方法经实验验证可行有效,且结果表明:压力脉动幅度随转速的升高而减小,随压力的增大而增大,与压力脉动变化机理一致。研究成果可为柱塞马达的运行状态监测提供方法支撑。     

基于转矩控制的定排量恒压电液动力源运行特性

通过协调电液动力源转速和排量可以提升其能效,也是目前电液动力源的研究热点,随着变频和伺服技术的发展,变转速电液动力源也越来越多地应用在工业生产和航空航天装备中。目前,电液动力源实现流量控制可以采用变排量控制,也可以采用变转速控制,这两种控制方式已非常成熟,应用也较多。但在压力控制中,还往往只能依赖液压泵变排量控制结合压力反馈实现压力控制机能,采用变转速控制压力时,难以适应负载流量随机快速变化工况。为此,提出采用高效率的伺服电动机直接驱动定量泵,进一步提出基于转矩控制和转速补偿的压力控制方案,在负载压力变化时,无需控制电动机转速,具有动态响应快、系统结构简单的优点。通过理论分析和试验研究,结果表明,采用设计的方案可以很好地实现压力控制,在相同条件下,与常规恒压变量泵相比,压力响应时间从160 ms降低到50 ms,响应速度远超国际同类恒压控制泵。     

变速异步电动机比例恒压泵电液动力源特性研究

电液动力源是为液压系统提供动力的单元,其能量效率决定整个系统的能效。针对现有变排量电液比例压力流量复合控制动力源,非工作周期电动机仍以额定转速运转,产生较大能耗;变转速异步电动机驱动定量泵动力源,难以直接控制压力的问题,提出采用变转速交流异步电动机驱动比例恒压泵构造新的电液压力流量复合控制动力源,通过改变斜盘摆角实现无节流损失压力连续控制,改变泵转速实现泵输出流量连续控制。进一步针对异步电动机变转速驱动动态响应慢的问题,提出在主回路增设液压蓄能器,并将其高压油液分别引入液压泵吸油口和出油口,辅助驱动液压泵加速起动和制动的解决方案。研究中,构建了基于上述原理的电液动力源试验测试系统,对其压力控制特性、流量控制特性、压力流量复合控制特性及功率控制特性进行研究,结果表明,随负载压力变化流量控制精度误差不超0.5%,采用蓄能器辅助驱动、辅助制动可使变频电动机起、停时间分别由1 s和1.2 s减小到0.2 s和0.5 s;在保压工况、非工作周期压力卸荷工况、恒压工况,通过降低电动机转速,较恒定电动机转速驱动,降低能耗20%以上。     

基于小波包的柱塞泵压力脉动信号提取与分析

为解决泵控马达系统在运行过程中由于耦合效应所导致的运行状态信息难以有效提取的问题,在对泵与马达压力脉动信号耦合机理分析的基础上,提出利用小波包对压力脉动信号进行分解与重构并通过不同工况下的实验验证了该方法能有效、实时提取柱塞泵压力脉动信号,同时基于实验数据表明:压力脉动幅值随负载压力的增大而增大,且有随转速升高先减小而后增加的现象。     

电控双泵液压源在注塑机上的节能研究

针对传统注塑机溢流损失严重、电力消耗大等问题,提出了一种通过控制异步伺服电机转矩和转速,以实现对注塑机输出压力和流量进行控制的方案。在该电机控制的液压动力源中,采用了串联双齿轮泵的方案,以满足大型注塑机瞬时大流量输出的要求。通过压力与流量反馈形成闭环控制,提高了输出压力与流量的控制精度,并大大提升了注塑机液压系统的节能效果。设计了利用电控双泵液压系统对传统注塑机液压系统改造的方案,并通过实验验证了异步电机伺服泵控系统在注塑机上的节能效果。     

微动量轮高精度滑模变结构控制

基于滑模变结构算法研究了小卫星微动量轮的精确控制。在系统整体控制框架的基础上,对微动量轮动力学模型进行了分析;结合理想模型引入纹波电压、摩擦系数不确定性、扰动力矩等干扰因素,完善了微动量轮动力学模型。设计了等效滑模变结构控制算法,并对控制率参数进行了仿真优化。通过MATLAB仿真,对比分析了滑模变结构控制和常规PI控制在转速控制和力矩控制两种模式下的特性。最后,实验设计了微动量轮样机。仿真结果表明:基于滑模变结构控制的微动量轮转速控制精度达到±0.5r/min,从0加速到2 000r/min的时间为18s,均明显优于PI控制。实验结果表明:利用滑模变结构控制的微动量轮转速控制精度达到±0.9r/min,从0加速到2 000r/min的时间为26s。上述结果显示:利用滑模变结构控制算法可以有效克服微动量轮控制中的干扰因素,提高转速控制精度和输出力矩稳定度,缩短转速变化响应时间。     

变转速泵控马达系统转速降落补偿试验研究

分析变转速泵控马达调速系统产生转速降落的原因,指出系统泄漏、电动机机械特性和因系统压力变化带来的油液压缩性均能引起马达转速降落。给出基于系统压力反馈的转速降落补偿控制框图,推导出因系统泄漏和电动机机械特性引起转速降落的补偿系数和因油液压缩性引起转速降落的补偿系数。对变转速泵控马达调速系统,编制LabVIEW测控程序,在此基础上分别进行恒负载、变负载和变转速情况的转速降落补偿试验,由理论分析和试验结果得出了不同工况下的转速降落补偿方法,达到了在不同工况下变转速泵控马达调速系统转速降落补偿的目的。     

基于变分模态分解的液压系统压力拍振特征提取方法（英文）

在泵控马达液压传动系统中,当泵与马达产生的压力脉动频率相接近时,液压系统会产生强烈的压力拍振现象,影响系统运行的平稳性。但由于被调制的压力信号中含有与系统运行状态有关的信息,为从混叠的多成分时变信号中有效提取压力拍振信号、重构时域特征,提出了一种基于变分模态分解(Variational mode decomposition, VMD)的液压传动系统压力拍振特征提取方法。实验结果表明,利用VMD方法能够准确从液压系统高压油路压力信号中提取压力拍振分量,提取效果优于经验模态分解(Eempirical mode decomposition, EMD)等传统信号处理方法。     

分布式机电系统边缘节点信号预处理方法及应用设计

为提高分布式机电系统边缘节点对本地数据过滤和分析的效率及准确性,提出了一种基于最优变分模式分解(Optimal variational mode decomposition,OVMD)的信号预处理方法.首先,利用一阶差分方法有效消除了原始信号中的奇异点,随之利用最优变分模态分解方法对信号进行模态分解,然后进行相关分析,确定各模式与原始信号的相关程度,从而从噪声信号中准确分离出真实的工作信号.在理论与仿真分析基础上,设计开发了分布式机电系统边缘节点预处理系统,并采用信噪比及均方根误差指标评价信号预处理效果.实验结果表明,该机电信号预处理方法及设计的边缘节点预处理系统能够提取不同特征的信号,提高重构信号信噪比,具有较高的保真性和可靠性,为后续系统健康监测、故障诊断等工作提供了数据保障.     

分布式机电系统边缘节点信号预处理方法及应用设计（英文）

为提高分布式机电系统边缘节点对本地数据过滤和分析的效率及准确性,提出了一种基于最优变分模式分解(Optimal variational mode decomposition, OVMD)的信号预处理方法。首先,利用一阶差分方法有效消除了原始信号中的奇异点,随之利用最优变分模态分解方法对信号进行模态分解,然后进行相关分析,确定各模式与原始信号的相关程度,从而从噪声信号中准确分离出真实的工作信号。在理论与仿真分析基础上,设计开发了分布式机电系统边缘节点预处理系统,并采用信噪比及均方根误差指标评价信号预处理效果。实验结果表明,该机电信号预处理方法及设计的边缘节点预处理系统能够提取不同特征的信号,提高重构信号信噪比,具有较高的保真性和可靠性,为后续系统健康监测、故障诊断等工作提供了数据保障。