时变负载比例阀控马达的精确点位控制

目的针对负载特性是以静扭矩为主的阀控马达电液比例伺服系统的点位控制,研究在变死区、变增益非线性因素影响下的定位控制性能问题.方法研究了死区的动态补偿方法,解决了由于变死区引起的大定位误差问题;提出了三级智能控制策略,解决了系统由于变增益引起的大超调问题.结果实验结果表明,在负载扭矩大范围内变化下,取得了快响应、高精度、小超调甚至无超调的定位控制.结论三级智能控制结合死区动态补偿的综合控制方法解决了阀控马达电液比例伺服系统由于变死区、变增益引起的定位控制性能问题.     

基于重复控制补偿的电液位置伺服系统分数阶PID控制

针对电液位置伺服系统参数时变和外负载干扰等不确定性,建立了电液位置伺服系统数学模型.为了提高电液位置伺服系统的跟踪精度,基于分数阶控制理论,引入重复控制回路,提出一种基于重复控制补偿的分数阶PID控制策略,采用Oustaloup滤波算法实现分数阶微积分运算.应用MATLAB/Simulink仿真软件对控制策略进行验证,分析了系统开环增益、伺服阀固有频率和阻尼比、动力机构固有频率和阻尼比等参数摄动时的跟踪效果.仿真结果表明:所提控制策略有效提高了电液位置伺服系统的跟踪精度,抗参数摄动能力较强,鲁棒性较好.     

New Dead-zone Compensation Approach for Proportional Flow Valve

新的比例流量阀死区补偿方法

吴强,吉星宇,王鹤,郝慧敏,黄家海

（太原理工大学 机械与运载工程学院,太原 030024）

创新点说明：

对于没有位移传感器的电液比例流量阀存在的死区问题,提出了基于阀口压差的死区补偿方法,并针对不同的压差工况,提出修正系数优化补偿方案。

中文说明：

针对无阀芯位移传感器的电液比例流量阀面临的死区问题,常规的死区补偿方法效果十分有限,为解决这一问题,提出一种新的死区补偿方法。首先对电液比例流量阀结构和死区模型进行了描述,提出了基于阀口压差的死区补偿方法;其次,利用Matlab/Simulink软件建立了死区补偿模型,对比分析了不同压差条件下死区补偿方法的有效性;最后,搭建了由补偿器、NI数据采集仪、电液比例流量阀等组成的试验台,对比分析了仿真和实验的补偿结果以及负载、温度等因素对死区的影响。研究结果表明,压差是影响死区范围的一个重要因素,死区范围随着压差的增大而减小,所提死区补偿方法可将无阀芯位移传感器比例流量阀的死区范围减小到3.5%;针对阀口压差变化所导致的补偿精度降低的问题,提出了补偿系数修正补偿曲线以达到期望效果,并有效避免了由压差引起的过补偿现象。此外,实验论证了温度对死区范围影响很小,补偿器在不同温度、负载条件下依然可以正常工作。因此可得如下结论：本文提出的基于阀口压差的死区补偿方案,在5Mpa和1Mpa工况下,可以将死区减小到3.5%,针对不同温度、负载工况下实际补偿效果的分析,验证了该补偿方法的有效性。但是,关于负载对于死区范围的影响,本文并没有做相关探索,在后续研究中将予以讨论。

关键词：比例流量阀、流量死区、死区补偿、压差

     

电液伺服系统力轨迹反馈线性化滑模跟踪控制研究

针对电液伺服系统执行器的负载、液压油黏度和系统压力等发生变化时,对电液力控制系统的跟踪性能会造成影响,且传统的滑模控制器在跟踪电液力轨迹时容易出现振颤现象等问题,设计一种反馈线性化滑模控制器,用于对电液伺服系统的力轨迹进行精确跟踪控制研究。根据液压流体的作用原理,建立阀的流量数学模型和液压缸的数学模型。在负载的力作用下,建立液压缸与负载力平衡的数学模型,将设计的反馈线性化滑模控制方法和传统的PID控制方法在MATLAB/Simulink平台进行建模仿真实验对比。结果表明,在追踪电液力轨迹时,相比PID控制方法,反馈线性化滑模控制器能够显著提高电液伺服系统的力轨迹跟踪精度。     

液压驱动四足机器人变刚度力跟踪控制

针对液压驱动机器人在变刚度条件下力控制问题,建立了液压驱动四足机器人系统的阻抗模型和带有弹性负载的阀控缸模型.分析系统刚度变化对系统性能的影响,指出常规控制策略在精确足力跟踪控制中的不足,结合变刚度条件下阻抗模型和电液位置伺服系统的特点,提出实现精确足力跟踪的模糊自适应PID位置内环控制和模糊阻抗外环控制的复合控制策略.在半实物仿真平台上进行变刚度条件下的足力跟踪实验,仿真结果表明：在变刚度条件下,足力跟踪曲线最大超调及稳态误差均小于5%,调整时间基本相同,验证了所提控制策略的有效性.     

挖掘机电液流量匹配控制系统流量补偿试验

为改善挖掘机液压系统的操控性和节能性,采用电比例泵和电比例多路阀同步控制方式的电液流量匹配控制系统.以2 t挖掘机试验样机为研究对象,分析电液流量匹配控制系统的结构原理和特点;针对挖掘机轻重负载不同工况,测试系统的压力和流量特性,通过试验研究基于压力特性的开环流量补偿方法.利用实时检测的油缸速度间接实现流量闭环控制,试验分析动臂、铲斗单执行器动作和复合动作的速度控制特性,并对系统进行变负载、变速度工况测试.试验结果表明：采用流量补偿方法提高系统的流量控制精度;电液流量匹配控制系统与负载敏感系统相比,泵的压力裕度减小0.6～0.7 MPa,提高了系统的节能性和动态响应性.     

一类摩擦非线性系统的PID控制和摩擦补偿控制的实验比较研究

研究一类高度非线性摩擦特性影响下的控制系统的定位控制问题 .针对负载扭矩变化而造成摩擦特性的变化 ,采用PID控制和摩擦补偿控制对阀控液压马达控制系统的定位控制进行实验对比分析 .实验结果表明 ,常规比例控制由于受摩擦的影响产生较大的稳态误差 ,而积分控制的引入可减小稳态误差 ,但却引起系统产生极限环振荡和较长的调节时间 ;简单的定摩擦补偿在恒定的负载扭矩下可以有效地减小稳态误差 ,但是当负载扭矩大范围变化时 ,稳态定位精度将大大降低 ;基于误差和误差变化的动态摩擦补偿 ,在负载扭矩大范围变化的条件下均获得了高精度的定位控制 .     

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.     

基于线性二次最优控制PID参数优化方法的泵控马达系统研究

结合电液比例控制试验台上的泵控马达系统的组成、液压回路原理,重点讨论试验台上的泵控马达系统的恒速控制问题;建立变量泵控制马达系统的动态特性数学模型; 提出泵控马达恒速控制系统的控制方法:PID控制与LQR控制.从理论上分析两种控制策略的方法、关系以及优缺点.用MATLAB软件对系统进行仿真,分析两种控制策略在不同的负载条件下的阶跃响应,得出相应的马达转速响应曲线图.从仿真结果看,LQR调节的性能优于PID控制,说明采用LQR调节器作为泵控马达恒速控制系统的控制方法是良好的.     

液压四足机器人关节重复补偿控制

针对液压四足机器人电液伺服作动器存在的位置跟踪精度较差问题,提出一种重复控制策略来实现位置跟踪控制。根据液压四足机器人的电液伺服系统各个驱动单元的数学模型,得到简化后的液压位置驱动单元的传递函数。设计了重复控制补偿PID控制器,采用Matlab和AMEsim软件进行联合仿真,进行各个模块的参数设置,得到了的电液伺服系统的位置跟踪曲线。并通过液压四足机器人实验平台进行实验验证控制器的有效性。研究表明,重复控制器可以有效的利用电液伺服作动器的重复运行信息,经过一定误差纠正后,幅值实现完全跟踪,相位滞后减小,验证了重复控制补偿PID的有效性。     

最优预见补偿控制在PMLSM伺服系统中的应用

简要地介绍高精度、微进给永磁直线交流同步电机（ＰＭＬＳＭ）伺服系统的ＩＰ位置控制后,提出对该系统的最优预见前馈补偿,以提高系统的跟踪性能。     

利用基于同步补偿的角速度差值克服多余力矩

分析了电液负载仿真中载过程中多余力矩的产生机理及其特点,在对电液负载仿真台的多余力矩进行同步补偿的基础上,提出了利用同步马达和加载马达的角速度差值进行前馈补偿方案,以实现对多余力矩的二次补偿。严格推导出了同步补偿后的加载系统的数学模型并对同步补偿系统和前馈控制器进行了设计。     

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。.     

降耗节能单相永磁同步电动机的研制

针对单相永磁同步电动机起动困难和运行时功率因数低的问题,计算和分析了起动过程中电磁转矩、转差率与起动电容之间的关系,获得使得起动转矩值最大的电容值,以缩短起动时间;通过调节补偿电容来调控电机功率因数,从而降低运行电流实现节能.仿真和样机实验表明,正确选择起动电容值可以提高电机自起动性能,实时调节补偿电容值可以获得明显的节能效果.研究工作和结论对开发高起动性能的高效单相永磁同步电动机有参考价值.     

神经网络用于永磁同步电机系统波动力矩补偿

电机系统的波动力矩是影响精密伺服系统响应精度的一个关键因素，对恒速工作的永磁同步电机系统进行分析并提出了在电机系统控制指令中叠加补偿指令的抑制波动力矩方法，构造了相应的多层前馈神经网络模型，采用改进的BP网络--SPDS算法进行网络训练，实现了波动力矩补偿指令的计算，经样机系统验证得到了满意的波动力矩补偿结果。表明这种补偿构造方法具有良好的工程实用价值。     

LQ Speed Control of Pump Controlled Motor System

A linear quadric (LQ) optimal speed control algorithm is proposed for the speed control of a pump controlled motor hydraulic system. The control theme consists of optimal state feedback and disturbing compensation based on observation. The optimal state feedback bases on LQ cost function. The disturbing compensation is realized through reconstructing the state of load torque. A series of simulation are performed, and the results show that the control performance is satisfactory and can be maintained under changes of load torque.