新型气动比例压力阀的建模研究与特性分析

为满足电-气比例/伺服系统的应用需要,设计一种由比例电磁铁、活塞式阀芯及两位三通的阀体构成的直动式气动比例压力阀,并建立该比例阀的非线性数学模型.对于比例电磁铁,采用集总参数模型来描述电磁特性,模型参数由FEM分析得到.结合机械及气路的物理特性,分别对上、下阀芯的运动特性、阀体内的气体流动及热力学过程进行建模分析,保证了上、下阀芯的运动独立性.通过仿真对下阀芯的黏性摩擦系数、反馈通道的直径以及气源压力等影响比例压力阀的压力响应特性的因素进行分析,并设计一种比例压力阀的性能测试系统以验证模型的正确性.仿真与实验结果呈现良好的一致性,模型能够预测不同阶跃输入信号下该比例阀的压力响应过程.     

零重力模拟气动悬挂系统的建模及恒压控制

为模拟空间结构地面动力学测试时的零重力环境,针对研制的气动悬挂装置(PSD)采用比例流量阀开发了高精度的恒定气压控制系统.在分析了系统原理的基础上,建立压力控制系统的非线性数学模型.模型包含了比例阀的动力学特性、阀口流动的非线性、气缸容腔的压力动态和由实验结果拟合的气体泄漏.针对实现恒压控制的目标,采用输入输出线性化方法得到相对阶为2的等价系统,由于模型具有参数不确定和未建模动态特性,设计了基于观测器和等效控制的模糊滑模变结构控制器(FSMC).实验结果表明,设计的控制器对负载变化、气源压力变化、活塞运动和外部干扰均具有较强的鲁棒性,稳态压力波动小于26 Pa,实现了高精度的恒压控制.     

模糊PD控制器在电液伺服阀控制系统中的应用

应用模糊控制原理设计先导式电液伺服阀的模糊PD控制器,采用AMESim软件建立伺服阀的仿真模型,采用Simulink软件建立PD控制器和模糊PD控制器的仿真模型,通过AMESim／Simulink联合仿真得到伺服阀在两种控制方式下的阶跃信号响应曲线。仿真结果表明,与常规的PD控制器相比,模糊PD控制器能够提高控制精度,有效改善伺服阀的性能。     

一种基于继电反馈的预测模型闭环辨识方法

针对模型预测控制中过程模型的辨识问题，提出了一种基于继电反馈的预测模型闭环辨识方法.采用非对称继电器与包含PID控制器和被控过程组成的广义过程构成闭环反馈系统，继电器的输出作为PID控制器的设定值.利用非对称继电器激励下产生稳定的不对称振荡响应，直接获取Nyquist曲线上的两个频点，基于快速离散傅里叶变换的辨识算法可辨识该广义过程的一阶加纯滞后（FOPDT）模型.与开环阶跃测试方法相比，可降低测试对被控过程的扰动幅度，仅需要进行一次继电器激励测试即可获得广义过程的模型.     

增量式数字阀控缸位置控制系统动态性能分析及实验研究

液压伺服控制系统具有功重比大、精度高和响应快等优点,在工业、农业、轻纺织业和交通运输中应用广泛。液压伺服控制系统多采用伺服阀和比例阀作为控制元件,但伺服阀和比例阀的结构复杂,造价高,对油液质量和清洁度要求高。而增量式数字阀具有结构简单、成本低、抗污染能力强且维护方便等优势,在液压伺服控制系统中具有较好的应用前景。本文以增量式数字阀控缸位置控制系统为研究对象,首先,对增量式数字阀的结构和工作原理进行分析,建立其位置控制系统数学模型,并基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了其位置控制系统仿真模型;然后,利用仿真分析典型输入信号和不同结构参数下增量式数字阀控缸位置控制系统的动态性能;最后,搭建增量式数字阀控缸位置控制系统实验平台,测试了典型输入信号和不同结构参数下的动态性能。通过仿真与实验相结合,验证了增量式数字阀原理的可行性,分析了增量式数字阀控缸位置控制系统的动态响应能力,并对影响其动态响应能力的因素进行分析,为增量式数字阀的后续结构改进和动态性能优化提供了理论和实验基础。.     

Backstepping+Fuzzy方法在机器人视觉伺服系统中的应用

现代控制方法是解决机器人视觉伺服这类复杂非线性控制问题的有效途径 .本研究的所有实验都是基于GRB 4 0 0 4自由度机器人和CORECO实时图像采集处理系统 ,首先建立了GRB 4 0 0机器人的图像雅可比矩阵 ,针对动态LookandMove系统设计了具有模糊自调节能力的李亚普诺夫递推设计 (Backstepping)控制器 ,给出了闭环系统的阶跃响应实验结果 ,并且与未加模糊调节的原系统的阶跃响应结果做了对比 .比较结果表明这种改进的控制器具备更加良好的动态性能 .     

一种PID参数闭环整定的新方法研究

对于被控对象模型未知的控制系统,利用闭环阶跃响应所得数据进行PID控制器的参数调节,此方法仅需用PD控制器对被控对象进行一次闭环阶跃响应即可根据关系式得出PID控制器的比例系数、积分时间常数,以及微分时间常数.从闭环阶跃响应中获取超调量与峰值时间两个性能指标,以及控制器增益、控制器微分时间常数,经过一系列模型为二阶时滞加纯滞后的被控对象试验测试可得:所求PID控制器参数中的比例系数、积分时间以及微分时间分别与响应中的控制器增益、控制器微分时间常数、超调量,以及峰值时间成一定的函数关系.新整定方法与SIMC法(令τ_c=θ)相比,不仅使得到的系统鲁棒性更高,而且在控制系统的响应性能上也更优越.     

溢流阀调压系统的键合图建模与仿真

根据键合图规则和溢流阀的结构特点,在20-Sim环境下建立了直动式溢流阀调压系统的键合图模型,仿真得到了溢流阀由闭合到开启的过渡过程中系统压力和阀芯位移的动态特性曲线,分析了不同结构参数对系统动态响应特性的影响.仿真结果表明,系统压力达到稳定的时间为0.043 s,增大阻尼孔液阻或管道液容时,达到稳定的时间将延长.     

直接能量平衡(DEB)协调控制系统参数整定

为提高可再生能源消纳能力,电网要求火电机组优化协调控制系统提高发电负荷响应能力,而锅炉侧控制器参数整定是协调控制系统调试的重点和难点。利用亚临界机组简化非线性动态模型,针对DEB控制方案,推导出机侧闭环炉侧开环状态下燃料量对DEB热量信号的传递函数,并提出依据此传递函数直接计算锅炉侧PID控制器参数的方法。仿真实验证明,应用该方法进行参数整定的DEB控制系统,抗AGC指令扰动、燃料量扰动能力及鲁棒性明显优于典型炉跟机协调控制系统。     

新型矿用逆变式快速充电电源的建模及仿真

针对研制基于IGBT的矿用逆变式快速充电电源过程中存在数学建模难度高、参数整定过程复杂等问题,采用基于Simulink的元件仿真技术,建立了常规脉宽调制控制方式下电源的非线性闭环仿真模型;并完成了恒定负载、周期性负载、非周期性负载及负载突变下系统动态响应过程的仿真.仿真结果表明:该模型可以正确反映各环节参数对系统输出的...     

线控制动系统踏板感觉模拟器设计与改进

设计开发一种线控制动（EHB）系统样机,选取不同过流孔径的踏板模拟器常闭电磁阀进行踏板行程-踏板力对比试验.结果表明：当将单个电磁阀直接接入踏板感觉模拟器回路时,随着制动力加载速度的提高,会产生实际制动踏板行程-踏板力关系曲线偏离目标曲线的问题,并且电磁阀孔径越小,偏离越大,借助于数学推导得出电磁阀过流孔径与踏板速度响应之间的理论关系.设计一种液压先导阀加入到踏板模拟器回路中,以提高系统通流能力和踏板速度响应,液压先导阀由原回路中的电磁阀控制.对改进的踏板模拟器回路进行仿真及试验,结果均表明：改进过的回路可较好地实现踏板行程-踏板力曲线精度,曲线受踏板力加载速度变化影响小,同时可使模拟器常闭电磁阀工作功耗更低,提高了系统的可靠性.     

Pneumatic force servo system based on disturbance observer

In order to design a low-cost pneumatic force servo system with large output forces, a scheme of a booster cylinder controlled by high speed solenoid valves is proposed. A nonlinear model of the system is established, in which the hysteresis of high speed solenoid valve is considered. In order to deal with parameter uncertainty and disturbances of noise and friction, a feed-forward control method based on a disturbance observer is proposed. A practical pneumatic force servo system is used to testify the feasibility of the proposed controller. The experimental results show that pneumatic force servo system based on the proposed controller has high force tracking accuracy and quick response.     

纯水比例溢流阀控制特性与补偿方法的研究

为了改善纯水比例阀的静动态控制性能,以TIEFENBACH的PDBV型三级座式纯水比例溢流阀为对象,研究阀的控制特性与补偿方法.阀的结构分析和静态比例调节特性试验表明,阀的开环静态特性滞环和死区大,线性可控性差;直接闭环控制的稳定性差,极易产生入口压力振荡.根据阀的开环静态特性试验结果,基于线性拟合建立了分段线性化的迟滞逆模型,并用于阀的前馈控制回路.阀控制特性的补偿效果试验结果表明:阀的前馈静态迟滞补偿大大减小了滞环和死区,提高了线性度,但是在正阶跃响应下易产生大幅超调和压力冲击.在直接前馈补偿中加入单边脉冲反馈的控制方式,可以基本消除超调现象.迟滞补偿对阀的非线性的有效改善,提高阀的控制性能,进一步扩大了水液压比例压力控制技术的应用.     

电磁阀开启过程动态响应特性有限元仿真研究

军工、汽车等行业对电磁阀的动态特性各项指标要求越来越高,而设计和开发快速、精确的电磁阀动态特性测试系统成本高、难度大。利用有限元方法,通过计算机仿真实现了对电磁阀设计方案的动态性能的预测与评估。首先,采用Ansoft Maxwell软件建立了某电磁阀的二维电磁场有限元仿真模型,计算电磁阀开启过程的动态响应特性,得到了其工作电流曲线等各种动态特性曲线。最后,进行变参数化设计,进一步研究了初始间隙、驱动电压、线圈匝数等参数对电磁阀开启过程动态响应特性的影响。结果表明,基于Maxwell的电磁阀动态特性有限元仿真能够在计算机上实现电磁阀开启过程动态特性的快速预测并分析评估电磁阀的各个主要设计因素对其动态响应的影响。     

高速电磁阀开启特性的光学测量

针对接触式传感器改变阀芯动态特性的问题,提出基于励磁线圈电流-电感特征的阀芯位移无传感器多项式模型,通过光学试验获取位移-电感耦合参数. 建立电磁开关阀磁路与电路的电磁耦合模型,得到励磁线圈时变电感与阀芯位移的函数关系. 搭建电磁阀光学测量试验系统,采用非接触式单束激光测量方法,在空气环境下捕捉阀芯位移. 建立阀芯电感-位移拟合算法,在25~29 V驱动电压、空气及油液环境下,对比电感求解与光学测量的阀芯位移. 结果表明,空气与油液环境下电磁阀电流-电感阀芯位移估计模型的平均估计误差分别为7.0%和9.2%,模型对驱动电压变化的敏感性小. 利用该模型可以较好地估计阀芯开启过程的位移变化.     

定压预紧下角接触球轴承的动力学建模方法

针对定压预紧下的角接触球轴承在动态条件下的接触状态进行动力学建模.分析了定压预紧机理和受力特点,考虑了陀螺力和离心力的影响,基于Hertz接触理论,提出了一种角接触球轴承动态非线性模型的建模方法.通过对模型的数值迭代,确定了角接触轴承的动力学参数以及包括轴承内外圈在动态情况下的法向接触力、接触角、最大压应力、轴向位移、接触斑点和刚度值等动态接触参数集.设计了一个装有定压预紧轴承组的试验台,通过预紧力和转速调整,测量轴承在不同工况下内外圈的相对位移,与构建的模型进行了比对,验证了建模方法的正确性,为轴承生热量和疲劳寿命分析提供了理论依据.     

车辆稳定性电控系统液压调节器开环压力估计

建立了车辆稳定性电控(ESC)硬件在环(HiL)试验台和ESC试验车并将其作为ESC系统研究开发平台。建立了ESC系统液压调节器(HCU)的液压模型并根据在ESC HiL试验台得出的液压特性试验结果标定其参数。根据获得的ESC HCU稳态液压特性进行车轮缸的开环压力估计,基于这个估计,将闭环压力估计算法下载至ESC试验车环境进行稳定性控制试验。试验结果表明:得到的压力估计算法可以为装备ESC的车辆提供可靠的估计压力值。