非对称泵控差动缸速度伺服系统特性

为解决差动缸两腔面积差引起的吸排油流量不对称问题,系统应用非对称泵的结构特点使其在运动过程中能进行自动补偿。但由于两腔面积差不是严格的比例关系以及系统存在气蚀、泄漏等非线性的影响,仍然存在差动缸伸出和收回速度不一致,动静态性能差,系统能耗大等问题。针对于此,分析非对称泵控差动缸系统四象限运行特性,建立能量传输模型,从理论上阐述能量消耗和速度的关系,并进行开环特性试验验证。进一步以差动缸速度和电动机转速的特性曲线为速度闭环控制的前馈函数,提出非线性动态前馈补偿控制策略,根据工况实时调用,将计算所得值作为电动机给定转速,对差动缸的速度进行动态补偿。仿真和试验结果表明,该控制策略有效改善差动缸伸出和收回速度动静态性能,提高了系统能量效率。     

开式泵控锻造油压机流量压力复合位置控制研究

针对开式泵控锻造油压机在压下过程中管路结构所带来的快锻滞后等问题,建立了机组主泵、主缸以及管路结构数学模型,推导了机组压下特性传递函数。以数学模型为基础,提出了基于流量压力复合控制的前馈补偿控制方法,实现了机组压下阶段空载位置控制以及带载压力补偿位置控制,即机组压下特性的综合控制。以0.6MN锻造油压机实验平台为基础展开仿真与实验研究,结果表明：所提出的控制方法对解决开式泵控锻造油压机液压系统快锻带载时压力上升慢、压下量不足等问题具有良好效果。     

基于模糊PID的开式径向变量柱塞泵控油压机系统特性实验研究

传统的大型油压机的传动系统效率和控制精度较低。在节能降耗、低碳环保的理念下,高精度泵控技术与高性能油压机控制系统的融合问题,目前已经得到了业界的广泛关注。为了提高开式径向变量柱塞泵控油压机系统的位置控制精度,设计了自适应模糊PID控制策略,并对不同工况下的快锻系统特性进行了研究。首先,建立了数字控制增强型径向柱塞泵、开式泵控非对称缸的数学模型,推导了开式径向变量柱塞泵控油压机系统的数学模型,并设计了自适应模糊PID控制器;然后,通过AMESim-Simulink联合仿真,对不同工况下带载快锻系统的控制特性展开了仿真研究;最后,依托0.6 MN泵控油压机实验测试平台,验证了自适应模糊PID的有效性以及快锻系统的控制特性。研究结果表明：在快锻频率为1 Hz、行程为20 mm、负载为1.2×10⁵ N和快锻频率为0.5 Hz、行程为40 mm、负载为2.0×10⁵ N的2种工况下,开式径向变量柱塞泵控油压机引入自适应模糊PID控制系统后,其具有运行平稳、响应迅速的特点,且位置精度误差均小于0.5 mm。上述结果验证了开式径向变量柱塞泵控油压机联合仿...     

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。     

转向缸系统反馈线性化分析与系统解耦

为解决汽车转向缸加载控制中出现的诸如强位置干扰、多通道耦合、非线性等问题,将线性系统和非线性系统理论引入系统控制器的设计中,对各通道耦合问题开展了以前馈补偿为基础的解耦控制,所设计的前馈补偿结构简单,解耦网络阶次低;针对非线性问题提出了将非线性系统精确反馈线性化与最优控制相结合的方法,设计了基于精确反馈线性化的最优控制器,该方法将复杂的非线性系统问题转化为线性系统的综合问题,采用渐近输出跟踪方法实现系统控制。仿真结果表明:采用前馈补偿解耦控制器可以有效消除耦合,但当系统存在高度非线性时,仅采用前馈补偿解耦控制不能达到高品质的性能要求,而进一步设计的基于精确反馈线性化的最优控制器考虑系统非线性时,系统能快速、准确达到预置设定。     

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%。     

开式泵控非对称缸系统一阶轨迹灵敏度分析

泵控技术在工程机械、重型机械等领域应用广泛,但目前对其输出特性的分析较少。为了探究泵控系统关键参数对系统输出特性的影响,基于开式泵控非对称缸系统状态方程建立系统一阶轨迹灵敏度模型,并求出各参数的灵敏度函数曲线。提出了峰值灵敏度、均值灵敏度两个衡量指标,分析各参数变化对位移输出特性影响程度的大小。基于0.6 MN开式泵控油压机试验平台,验证灵敏度理论分析的准确性。结果表明:空载时,伺服变量泵2先导级伺服阀增益、伺服变量泵2和伺服变量泵1的先导级伺服阀时间常数影响较大;加载时,各参数两项灵敏度指标数值相近,其中伺服变量泵2的先导级伺服阀的增益、时间常数和油缸面积以及流量增益、系统比例增益影响较大。分析结果可为泵控非对称缸系统性能优化提供理论依据。     

基于阀控非对称伺服缸的半主动升沉补偿研究

深海有缆水下机器人在恶劣海况下作业时,常配备相应的升沉补偿系统以提高水下机器人释放和回收作业的安全性。重点研究了基于阀控非对称伺服缸的半主动升沉补偿方式,介绍了与实际系统相似的半主动升沉补偿模型系统,并阐述了系统的功能组成和工作原理。考虑了弹性负载的影响,建立了由伺服放大器、阀控非对称缸和弹簧负载模型等构成的电液位置伺服系统的传递函数模型。在此基础上,根据阀控非对称缸的输入电压与活塞输出速度之间的非线性关系,设计了分段前馈控制器,以提高系统的动态响应性能。最后进行了半主动升沉补偿性能试验,结果证明了所研究的半主动升沉补偿方式的有效性。     

电液伺服闭式泵控系统位置前馈补偿控制研究

以电液伺服闭式泵控系统为研究对象,提高其位置控制精度及响应速度为目标,提出电液伺服闭式泵控系统位置前馈补偿控制算法。首先,对电液伺服闭式泵控系统数学模型进行推导,得出位置控制系统传递函数;其次,推导位置控制前馈补偿控制器,该控制器可依据系统运动轨迹变化实时补偿定量泵转速,实现系统高精度位置输出;最后,在电液伺服闭式泵控实验平台上,对系统的位置控制性能进行试验研究并给出定量分析。实验结果表明：前馈补偿控制器可大幅提高系统位置控制性能。研究成果将为电液伺服闭式泵控系统高精度位置控制奠定基础,对泵控技术的工程推广具有积极的意义。     

开式变量泵控油压机系统控制特性研究

为解决大功率自由锻造油压机高能耗的问题,设计了一种开式变量泵控油压机系统。采用ADAMS和AMESim建立了开式变量泵控油压机系统联合仿真平台,对其常锻工况和快锻工况的控制特性进行了仿真研究。基于600kN锻造油压机实验平台,对其常锻工况和快锻工况的控制特性进行了验证,并将验证结果与仿真结果进行了对比。研究结果表明:开式变量泵控油压机系统能够满足技术要求,即常锻时操控性好,卸压无冲击,运行平稳;快锻（锻造频次80次/min）时,位置控制精度小于1mm。     

含双重补偿的液压缸位置同步控制

非对称液压缸同步控制系统在大型、重型工业设备中应用广泛,其同步性能和响应速度直接影响设备的稳定运行。为了进一步优化对称阀控非对称液压缸同步系统,对阀控非对称液压缸进行建模分析。基于非对称液压缸特性及负载变化范围大的特点,提出了模糊补偿控制方法来提高液压缸的响应速度;针对液压缸的同步问题,设计了交叉耦合的前馈补偿控制方式来缩小同步误差。利用AMESim搭建液压回路系统模型作为控制对象,并联合Simulink搭建控制系统进行仿真。仿真结果表明:相比于改进前,在负载不断变化且具有偏载的情况下,含双重补偿的同步控制可以明显减小液压同步系统的跟踪误差与同步误差。     

泵控非对称液压缸系统能效特性对比研究

以现有对称泵控非对称缸系统和新型三油口泵控非对称缸系统为对象,对四象限工况下两种系统的能效特性进行了对比研究。介绍了两种系统的工作原理,对系统能效进行了理论分析,进一步在Simulation X软件中进行了仿真研究,并讨论了负载力大小对系统能效的影响。仿真结果表明,与对称泵控系统相比,三油口泵控系统第Ⅰ象限内,可提高系统能量效率7.6％,减少系统能量损失66％;第Ⅲ象限内,可提高系统能量效率21.2％,减少能量损失86.4％,因此具有更好的能效特性,节能效果显著。     

电液多变量位置系统的解耦控制

采用对角矩阵法对电液比例双阀控缸位置耦合控制系统进行解耦设计。并在实验装置中得到了实现。解耦控制中,针对结构耦合和外扰力作用,分别采用了反馈解耦和反馈全解耦方案,实验结果表明,该方法具有较好的解耦效果,且仅需采用两液压缸活塞的位移值就能实现,算法简单,易于工程应用。     

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.     

液压型风力发电机组的转速和转矩解耦控制

以液压型风力发电机组为研究对象,输出高质量电能为研究目标,针对机组存在的转速和转矩解耦问题展开研究。建立定量泵-变量马达液压传动系统数学模型。从液压传动系统出发,探究影响机组电能输出质量的关键因素,分析该多输入-多输出系统存在的耦合问题,并采用前馈解耦补偿控制方法解耦。分析变量马达和比例节流阀对液压系统输出转速与转矩的控制规律,得到基于高电能质量控制的转速和转矩解耦控制器。以30kVA液压型风力发电机组半物理仿真实验台为基础,针对提出的控制方法展开研究。仿真和实验结果表明：液压型风力发电机组输出的转速和转矩实现了解耦控制,有效地实现了液压传动系统的稳速控制和传输功率波动的平滑控制。研究结果为液压型风力发电机组高质量电能输出控制和电网友好性能提高奠定了基础。     

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。     

基于变模糊PID控制器的阀控非对称缸复合控制策略

针对非对称液压缸正反向运动的不对称性对位移控制精度的影响,为了提高阀控非对称液压缸伺服系统位移控制精度,设计了根据液压缸运动方向选择对应模糊PID位移控制器的位移闭环及速度前馈复合控制方案。搭建了基于ADAMS,AMESim和Simulink的阀控非对称液压缸伺服系统联合仿真模型。研究表明,采用速度前馈控制系统响应更快;采用对应变模糊PID位移控制器控制策略,非对称缸换向跟踪期望位移的精度更高。     

伺服电动机驱动泵控缸的位移软测量方法

针对位移传感器在液压系统应用中存在的不足,提出了一种液压缸活塞杆的位移软测量方法。该方法基于泵控缸系统的伺服电机转速、转矩信号以及泵、缸、油液相关参数,建立其液压缸活塞杆的位移软测量模型。根据油液黏温、黏压特性补偿活塞杆的位移,以减少软测量位移误差,并在MATLAB/Simulink中建立伺服电机泵控缸系统模型和位移软测量模型。结果表明:所提出的位移软测量方法比位移传感器获取的位移精度略差,但响应速度快,是一种替代位移传感器来获取液压缸位移的有效方案。