广义脉码调制液压伺服控制的研究

提出了广义脉码调制液压伺服控制,研究了用开关阀代替比例阀或伺服阀实现液压伺服控制的理论和方法。分析了开关阀控非对称液压缸伺服系统的动静态特性。为减少力负载对液压位置伺服控制精度的影响,设计了负载观测器;利用观测出来的等效负载进行反馈控制,抑制力负载干扰的影响,提高液压位置伺服控制的精度。     

射流管三级电液伺服阀建模与动态特性仿真研究

叙述了射流管式三级电液伺服阀的结构及其工作原理,针对其结构建立了数学模型,并加入PD校正环节,导入MATLAB软件进行仿真,获得其阶跃响应曲线和开环伯德图。通过时域和频域分析表明,加入PD校正环节,使得系统局部相位超前,增加了系统的幅值裕度和相位裕度,因此其可大幅缩短三级阀的调整时间并增强其稳定性,同时反馈杆刚度和功率级滑阀阀芯面积对三级阀的动态响应有很大影响。通过有限元分析了圆形截面和矩形截面的反馈杆刚度,结果表明,在等面积时,由于矩形截面惯性矩大于圆形截面惯性矩,在相同的力作用下,矩形截面的反馈杆的位移较小,因此其反馈杆刚度较大,可提高先导级阀的动态反馈性能,从而更有利于三级阀的动态响应。     

Research on the dynamic characteristics of water hydraulic servo valves considering the influence of steady flow force

The International Thermonuclear Experimental Reactor remote-handling (ITER-RH) system powered by water hydraulics is a vision of the future. The 2D servo valve is a new type of servo valve, maybe suitable for the ITER-RH system. It has many advantages, including its fast response and strong anti-pollution ability. However, steady flow force is currently considered to be one factor that impacts the dynamic characteristics of servo valves. In this study, the influence of steady flow force on the dynamic characteristics was analyzed, and the structure was optimized accordingly. A mathematical model of the servo valve was built using theoretical analysis and numerical simulation. Results indicated that the amplitude bandwidth of the 2D water hydraulic servo valve was 169 Hz without considering the steady flow force, and it decreased to 162 Hz when the steady flow force was considered. Furthermore, a newly designed valve sleeve, to compensate for the axial steady flow force, was proposed by changing the angle of the inlet port designed in the valve sleeve to the spool axis. The maximum compensation capacity of the axial steady flow force was 35%, and the best angle of the inclined holes was approximately 120°. The optimized amplitude bandwidth of the 2D servo valve was 167 Hz. The results demonstrate that the optimized valve sleeve improved the dynamic response of the 2D servo valve.     

电液马达伺服系统积分鲁棒自适应高精度位置控制

电液马达伺服系统中存在各种类型的扰动,包括参数不确定性和不确定非线性,制约着其高精度位置控制。针对电液马达伺服系统高精度位置跟踪控制,考虑系统的黏性摩擦特性以及外干扰等建模不确定性,提出了一种基于鲁棒自适应的电液马达伺服系统高精度位置控制策略。所提出的全状态控制器通过自适应对模型不确定性进行估计及前馈补偿,提高了系统的低速伺服性能;通过自适应对未建模干扰等不确定性的上界进行估计并前馈补偿,提高了系统对外干扰的鲁棒性。所设计的闭环控制器还能保证系统获得渐近跟踪性能,对比仿真验证了其可行性。     

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。     

线性不确定性电液位置伺服系统的前馈补偿滑模鲁棒跟踪控制研究

针对线性不确定性系统的鲁棒跟踪控制问题,提出了一种前馈补偿滑模鲁棒跟踪控制方法,并证明了采用该方法所构成的闭环系统是李亚普诺夫意义下渐近稳定的,将该控制器设计方法应用于某结构疲劳试验机电液位置伺服控制系统,验证了所设计控制器的有效性。仿真和实时控制结果均证明：对存在不确定性的结构疲劳试验机电液位置伺服系统,应用该研究所提出的具有前馈补偿的滑模鲁棒跟踪控制器,能较有效地削弱常规VSC所固有的抖振现象,在不同的负载条件下跟踪不同频率的正弦信号均能获得良好的跟踪精度,控制器对系统的不确定性呈现较强的鲁棒性。     

基于速率观测器的挖掘机器人时延鲁棒控制研究

在挖掘机器人运动控制中,控制元件比例阀在零位存在较大的死区,驱动元件非对称液压缸为非线性系统,使得对铲斗关节实现高性能位置伺服控制难度很大．提出一种基于局部线性化模型的时延鲁棒控制方法;考虑到编码器测量精度较低,对液压缸位移及速率信号提出一种在线鲁棒估计方法,通过对扰动输入的补偿来减小估计误差;提出一种新型的比例阀死区补偿策略,依据参考模型位置输出对比例阀零位进行切换,既不牺牲系统的动态品质,又能有效避免比例阀阀芯的频繁切换．计算机仿真结果表明,这一方法对外部力扰动和参数变化均具有很强的鲁棒性,且新型速率观测器和比例阀死区补偿环节能明显增强液压系统输出的平稳性．     

基于MATLAB的力反馈两级电液伺服阀建模与仿真

以10 L/min力反馈两级电液伺服阀为研究对象,在MATLAB/Simulink下建立伺服阀的仿真模型,通过仿真得到伺服阀的阶跃响应曲线、伯德图和动态性能指标,为力反馈两级电液伺服阀的参数优化、性能提升和工程应用提供了参考。     

2D伺服阀控单出杆缸的实验研究

为了研究2D伺服阀控制液压单出杆缸位置闭环系统输出对输入的响应特性,设计了2D阀控单出杆实验的原理和结构及其同步电液数字伺服系统,并在此基础上完成2D阀控单出杆的稳定性分析和响应特性分析的实验研究。实验结果表明对2D阀控单出杆缸位置闭环实验,当输入信号幅值为0.1 V（8 mm）时,阶跃响应的上升时间为1.2 s,调整时间为2.5 s,系统稳态误差为0,-3 dB时对应的频宽为5 Hz。     

回撤吊车负载敏感液压系统设计及仿真分析

为解决负载匹配,以及缓解支架回撤吊车应用过程中存在的能耗高、效率低和系统温度高等问题,基于负载敏感变量泵对其液压系统进行设计及仿真分析。该液压系统主要由负载敏感变量泵、流量补偿阀、负载敏感阀、梭阀和液压缸等组成。在工作过程中,负载敏感变量泵通过梭阀及负载敏感阀感知系统负载力而向系统提供所需流量。基于AMESim对该液压系统和变量泵进行建模及仿真分析,得到液压缸压力、负载口流量变化和梭阀流量补偿以及变量泵压力、流量和斜盘倾角变化情况。结果表明：变量泵可根据负载所需压力和流量实时调整斜盘倾角大小,进而实现压力 流量补偿功能;负载压力和流量阶跃变化时,变量泵具有良好的动态补偿特性。     

双喷嘴挡板电液伺服阀前置级流固耦合分析

分析双喷嘴挡板电液伺服阀前置级的动态流场,研究衔铁挡板组件受力发生偏转导致前置级流场发生变化,分析固定节流口、喷嘴、回油口处的流速、压力变化和功率损失,以及衔铁挡板组件、滑阀阀芯的位移及受力情况。该研究利用ANSYS软件,采用流固耦合分析方法对双喷嘴挡板电液伺服阀衔铁挡板组件及前置级流场进行分析,为双喷嘴挡板电液伺服阀的流场分析提供了一种更接近实际的分析方法,得到更为精确的分析结果,为模型结构参数及固体材料的选择提供一定的指导。     

双阀并联控制在船舶舵机电液负载模拟器多余力抑制中的研究

由于船舶舵机电液负载模拟器所模拟的水动力载荷很大,要求加载系统不仅要有很大的出力而且具有很大的负载流量。为满足系统大流量的要求而又能有效抑制被动加载时的多余力,提出了由高响应大流量三级电液流量伺服阀和p-qv伺服阀组成的双阀并联控制方案。通过对船舶舵机电液负载模拟器的建模,p-qv伺服阀模型的分析简化,设计了双阀并联控制实时控制系统。对比双阀并联控制和单流量伺服阀控制的试验曲线,可以看出被动加载时双阀并联控制比单流量伺服阀控制可以更有效地抑制舵机系统启停和换向时的多余力,明显改善系统动态加载性能。     

直喷式柱型液压阀流体稳态力的研究

流体在通过喷式柱型液压控制阀阀芯时，阀内形状的变化使流体的运动量发生变化。在进行液压传动的位置，速度及力的高精度，产生的流体车轴向力对阀的动态控制及特性产生了影响，使阀产生振动，控制阀的电磁力增大，液压控制系统的精度降低，系统发生误操作等现象。为了降低阀内液动力提高阀控能力，对阀内形状进行了改进，建立了流体数值模型，应用边界元进行了数值仿真，并通过实验进行了验证，取得了较为理想的结果。     

基于伺服电机和流量配给阀的直驱式电液阀门定位系统设计

结合伺服电机优良的控制特性和液压系统功率重量比大等优点,提出一种新型直驱式电液阀门定位系统,由伺服电机驱动双向齿轮泵和流量配给阀实现阀门换向和精确定位。设计了基于TMS320F2812的智能控制器,对控制器的硬件组成和软件框架进行了介绍;为了提高系统动态响应特性设计了PID程序并开展了初步试验,结果表明该系统运行可靠,定位精度优于0.3 mm。     

基于干扰观测器的电液伺服系统反馈线性化滑模控制

为抑制电液伺服系统中各种非线性因素及不确定干扰,提出了基于输入输出反馈线性化的滑模控制与非线性干扰观测器相结合的控制策略以提高其位置控制跟踪精度。以电液振动台为试验对象,建立其非线性控制模型,利用李雅普诺夫稳定性理论保证了位置闭环系统的全局稳定性。利用MATLAB/Simulink对设计的控制器进行了仿真验证,结果验证了提出的控制器的可行性。为了模拟实际环境下存在不确定干扰,在位置电液系统基础上增加了电液加载系统,开展了试验研究。结果表明,该控制器能有效的提高干扰下电液伺服系统的位置跟踪性能。     

液压驱动单元力控系统建模及其性能影响因素研究

以四足机器人关节驱动器 液压驱动单元为研究对象,依据液压驱动单元的结构组成原理,采用机理建模的方法,建立其力控系统数学模型,该模型包含了基于辨识得到的伺服阀三阶传递函数、伺服阀的压力 流量非线性环节、伺服缸两腔容积变化因素等。建立液压驱动单元力控系统框图,并利用MATLAB/Simulink平台建立其仿真模型,采用实验测试与仿真分析相结合的方法,研究不同工作参数和不同给定信号下的液压驱动单元力控性能。研究结果表明：比例增益、供油压力、力阶跃量及正弦频率等参数均会对液压驱动单元的力控性能产生影响,该研究工作对四足机器人各关节高性能的力控方法研究提供了理论和实验基础。     

基于深度强化学习的混合动力汽车智能跟车控制与能量管理策略研究

以研究智能混合动力汽车控制技术与深度强化学习算法为目标,首先,在两辆混合动力汽车的跟驰环境中,针对领航车提出一种基于深度值网络算法的能量管理策略,实现深度强化学习对发动机与机械式无级变速器的多目标协同控制;其次,针对跟随车建立基于深度强化学习的分层控制模型,实现面向智能混合动力汽车的上层跟车控制与下层能量管理;最后,仿真验证分层控制模型的有效性。结果表明,基于深度强化学习的跟车控制策略具有理想的跟踪性能;同时,基于深度强化学习的能量管理策略在领航车与跟随车中均实现了较好的燃油经济性;此外,基于深度强化学习的能量管理策略输出每组控制动作的平均时间为1.66 ms,保证了实时应用的潜力。     

非全周矩形开口滑阀小开口度时流量及液动力特性研究

电液伺服阀作为液压控制系统的核心元件,其性能的好坏直接关系到控制系统的特性。采用计算流体动力学软件Fluent中动网格技术,对伺服阀滑阀阀口在0.5mm开度内的流动状态进行静、动态仿真,研究其流量与液动力特性。从计算结果可以看出,阀口流量特性仿真曲线与理论曲线在趋势上基本相同。阀芯所受稳态液动力仿真值与理论值增长趋势基本相同。仿真时,阀口开度按给定速度连续增大,阀口打开瞬时,瞬态液动力变化大;阀口打开后,瞬态液动力变化不大,且瞬态液动力数值较稳态液动力小得多。     

流量伺服阀作压力控制的非典型应用

文章提出并分析了一种用力反馈式流量伺服阀与手动节流阀配合使用,从而对负载进行压力控制的液压桥路。该桥路本质为C型半桥:伺服阀单腔输出,节流阀通过调节回油液阻来调节负载腔压力的起始点,伺服阀根据负载需求改变流量输出。整个压力控制回路为纯机械式控制,稳定可靠,精度可达0.1 bar。     

双阀并联电液位置控制系统研究

讨论了一类电液位置控制系统,它由一个可连续调节流量的小流量阀和一个开关型的大流量阀并联组成。对其稳定性条件、位置控制性能等进行了分析,并以比例阀和开关阀并联系统为例,说明此类系统成本低廉,避免运用昂贵的大流量电液伺服阀,特别适用于那些需要快速定位,定位精度高,并且工作时仅在小范围内需要调整的电液位置控制系统。