考虑摩擦与测量噪声的液压缸泄漏诊断方法

泄漏是液压缸的一种典型故障,及时诊断泄漏能够有效保障液压缸的效率性能并提高安全性。在阀控液压缸系统模型中引入Stribeck摩擦模型,建立接近实际情况的系统动力学方程;针对系统存在的非线性问题,采用状态反馈法进行系统状态空间建模;采用带有白色测量噪声的子空间辨识方法进行系统辨识,求解出系统的泄漏系数估计值以判别泄漏故障的存在、类型与泄漏程度,并通过MATLAB/Simulink平台进行验证。结果证明:状态反馈法能够建立线性的系统模型,使子空间辨识法可以对泄漏故障进行诊断;带有白色噪声的子空间辨识法能够消除噪声影响,精确地辨识出每一处泄漏系数估计值。     

基于区间分析理论的摩擦补偿研究

本文采用新型Stribeck模型和区间辨识方法对伺服系统中的摩擦补偿进行了研究。首先,针对Stribeck摩擦模型存在非线性、控制计算量大和不利于控制器设计等缺点,本文对其进行了线性化,并提出一种线性化的Stribeck模型;然后介绍了区间理论的参数辨识方法,并对方法的有效性进行了仿真验证研究;利用所提出的新模型进行了摩擦实验,结果显示该模型可以辨识出摩擦参数,接着设计了前馈摩擦补偿控制器。最后,分别采用阶跃和正弦输入信号进行实验,结果显示采用所设计摩擦补偿器补偿后,两种信号的稳态精度分别提高了26.8%和83.63%,验证了新模型和方法的有效性。本文提出的新型Stribeck模型易于工程应用,所用区间分析理论适用于参数辨识。     

无偏差最小二乘法伺服控制系统参数辨识

为准确辨识伺服控制系统参数,针对高性能运动控制算法的要求,在分析典型伺服控制系统结构模型基础上,基于“库仑摩擦+黏性摩擦”模型,设计了无偏差最小二乘方法,研究其在“工控机+运动控制卡”数控系统平台上的实现方法。实时采集电机角速度数据,利用设计的方法估算伺服系统转动惯量、黏性摩擦和库仑转矩,通过角速度重构,对比理论计算和实际测量角速度,验证参数辨识的有效性和准确性。理论分析和实验结果表明,所设计的参数辨识方法能够准确辨识系统参数。     

基于Stribeck曲线的液压缸劣化趋势评价

为了评估液压系统的工作状态,提出了基于Stribeck摩擦模型的劣化程度评估方法。通过机理解析建立液压缸动力学模型,将实际系统可测量位移数据以及利用位移信号差分处理得到速度信号和加速度信号作为系统输入,其他测量数据和已知参数组成系统输出,设计双时间尺度最小二乘法辨识未知参数。将辨识的摩擦系数用于刻画Stribeck曲线,通过比较不同时间段的Stribeck曲线建立劣化指标,并分析相应缸体劣化程度。通过数值仿真验证理论的合理性和有效性。     

基于LuGre摩擦模型补偿的动态电液测力建模与实验研究

为提高电液测力系统在动态下测量其负载的精度,采用Lu Gre摩擦模型描述动态测力时摩擦力非线性特征,搭建了基于比例阀压力控制的动态电液测力系统,对其在不同油液压力、速度下的摩擦力进行测量,依据实验数据及动、静态参数辨识模型辨识得到动、静态参数,进一步研究油液压力及移动速度对Lu Gre模型中各个参数的影响,得到关于油液压力及移动速度的Lu Gre摩擦模型,之后对油液推力实时补偿,得到基于Lu Gre摩擦模型补偿的动态电液测力精度。实验结果表明,动态电液测力状态下库仑摩擦力、最大静摩擦力及动态参数随油液压力的增大而变大,粘性摩擦系数和Stribeck速度随油液压力的增大而降低;基于Lu Gre摩擦补偿的动态电液测力系统测量精度可达0.45%。     

二次调节主动升沉补偿实验平台的摩擦辨识与补偿控制

以二次调节主动升沉补偿实验平台为研究对象,针对系统中存在的非线性摩擦转矩,提出摩擦辨识及补偿方案。首先,选用Stribeck模型描述系统摩擦,建立了包含非线性摩擦转矩的平台数学模型;其次,根据平台特点设计摩擦辨识策略,使用最小二乘算法辨识得到未知系统参数,在此基础上拟合Stribeck曲线获取摩擦模型参数;然后,通过摩擦前馈和非线性PID实现摩擦补偿控制,提高升沉补偿精度;最终,实验验证了所提方案的有效性。     

数控机床伺服系统摩擦的非线性参数辨识研究

针对常用的Stribeck摩擦指数模型,提出用泰勒高次展开的方法达到非线性摩擦模型的线性化,利用最小二乘拟合的方法得到摩擦模型参数。通过对数控机床控制系统的电动机电流和转速等信号的采集,得到了进给系统中摩擦力矩与转速的对应关系,利用提出的方法进行了辨识实验,实验结果表明,该方法能对Stribeck摩擦模型的参数进行精确的辨识。该方法在工程实际中具有应用价值。     

精密定位系统的摩擦力建模与补偿

为了提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度,建立了优化Stribeck摩擦模型,对摩擦力这一影响定位精度的主要因素进行补偿。首先,对于传统的Stribeck摩擦模型进行优化,采用改进的最小二乘算法对模型参数进行辨识。然后,对所建立的摩擦模型补偿算法进行仿真并与扰动观测器的补偿算法进行比较,发现前者速度比后者速度在补偿后提高了4.33%,对摩擦力具有更好的补偿效果。最后,在大行程二维精密定位平台上进行验证,根据平台能够达到的最大速度定义0.005 m/s为低速运动,0.05 m/s为高速运动,在这两种速度下进行实验,并与基于库仑摩擦前馈补偿模型比较。实验结果表明：精密定位平台在速度为0.005 m/s的低速运动时,优化模型的跟随误差减小了67.67%;在速度为0.05 m/s的高速运动时,优化模型的跟随误差减小了51.63%,验证了优化Stribeck摩擦模型补偿算法的有效性。本文提出的优化Stribeck摩擦模型可用于提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度。     

基于Stribeck摩擦模型的盘式摩擦副稳定性分析

为了分析摩擦副滑动摩擦状态下的稳定性,分析系统的失稳条件,以Stribeck摩擦模型为基础,建立了速度相关的多自由度摩擦副滑动稳定性分析模型。建立了盘式摩擦副的系统动力学微分方程,进行了基于库仑摩擦定律摩擦力计算公式的级数展开,随后依据李雅普诺夫稳定性判据进行了系统稳定性求解,并分析了系统关键参数对系统稳定性的影响。研究结果表明,采用减小Stribeck系数和摩擦因数静动比、减小外载荷和增大系统阻尼等方法,能提高系统的稳定性。     

进给系统中速度爬行响应特征分析

以电机直连滚珠丝杠工作台式进给系统为研究对象,滑动导轨处摩擦采用Stribeck摩擦模型,将系统简化为含摩擦的单自由度力学模型。借助数值仿真和快速傅里叶变换获得了工作台发生爬行时,爬行频率与驱动速度之间的二次函数关系,提出了临界爬行速度的爬行频率辨识法,并通过大量数值仿真,获得了阻尼、刚度、静动态摩擦系数差及Stribeck速度等参数对爬行频率的影响规律,为今后进给系统的结构和摩擦参数辨识提供了研究基础。     

大型起竖设备四级液压缸的动力学建模

大型起竖设备四级液压缸因内部结构复杂,且负载很大,摩擦力特性较为复杂,以往对其动力学建模时常常忽略摩擦力。而快速起竖系统要求对速度进行精确规划控制,以减缓换级冲击,且液压缸结构稳定性分析时也需要准确找到危险工况,其中摩擦力是很关键的一个因素。LuGre摩擦模型能较好描述大部分情况下的摩擦稳态、瞬态特性,据此,考虑滑动油膜动态等性方程,基于LuGre模型对四级缸摩擦力建模,而后对风载荷、起竖力等进行分析,进而对起竖过程动力学建模。该研究所建的全新动力学模型可为起竖速度的精确控制和油缸应力应变及模态分析提供参考。     

液压振动台非线性摩擦力测量与参数辨识

电液伺服振动试验系统低速和换向时的非线性摩擦力测量和补偿是提高运输环境试验和地震模拟试验等控制精度的重要途径。为了定量获取液压振动台的非线性摩擦力,基于Stribeck效应建立了改进的电液伺服振动试验系统非线性摩擦力理论模型,并结合液压振动台的力平衡方程建立了非线性摩擦力待辨识参数的目标函数。提出一种基于位移闭环控制的简便方法对不同速度下的液压振动台油缸压力差进行测量,得到振动台液压缸与活塞杆之间的摩擦力随速度变化的数值规律。采用基于拟随机序列的混合遗传算法对非线性摩擦力理论模型的4个参数进行了辨识。试验结果证明了本研究方法的可行性,为液压振动试验系统加速度波形失真补偿提供了一定参考。     

基于LuGre模型的液压缸摩擦力修正模型

通过分析液压缸摩擦力的诸多特性,基于LuGre摩擦模型,引入滑动油膜动态特性方程,建立一种液压缸摩擦力新模型。在Matlab/Simulink中搭建模型原理图,对新模型进行仿真,并与实测数据进行对比。研究结果表明:建立的液压缸摩擦力新模型能够反映实验中观测到的绝大多数摩擦特性,与实测数据吻合较好,可适用于各种精密液压系统的仿真与控制策略研究中。     

参数摄动对四足机器人液压驱动单元位置控制特性影响

高性能四足仿生机器人的设计要求驱动其关节运动的液压驱动单元具有良好的动态特性,但由于液压驱动单元工作参数摄动和其固有的复杂非线性,使得多数情况下液压驱动单元的控制性能受到制约.采用机理建模方法,针对四足机器人采用的一种对称阀控制对称缸的液压驱动单元结构,综合考虑控制器饱和特性、伺服阀压力-流量非线性、伺服缸活塞初始位置变化、库伦摩擦非线性等因素的影响,建立了液压驱动单元非线性数学模型,给出了其液压固有频率和阻尼比表达式;运用Matlab/Simulink软件系统搭建了其非线性仿真模型,在相同工况下,分析了不同控制器比例增益的液压驱动单元位移阶跃响应的仿真及试验结果,以验证仿真模型;并搭建了液压驱动单元性能测试试验台,通过仿真与试验分析,进一步研究了控制器比例增益、系统供油压力、液压驱动单元初始位移、负载力、负载质量、负载刚度对液压驱动单元动态特性的作用机理和影响规律.研究结果表明,建立的非线性数学模型准确、实用,且以上参数的改变均会对液压驱动单元位置控制特性产生不同程度的影响,其影响规律可为四足仿生机器人液压驱动单元控制器参数的在线优化奠定基础.     

具有谐波减速器柔性关节摩擦力辨识及控制

为了减轻关节重量,提高关节输出力矩,在关节内部集成谐波减速器等部件。然而,谐波减速器的加入,不仅增加关节柔性,而且导致关节内部摩擦力复杂。针对具有谐波减速器的柔性关节,提出了摩擦力辨识方法,并且的得到关节摩擦力模型与Strbeck摩擦力模型相似的结论。搭建了柔性关节试验平台,利用辨识的摩擦力模型有效的补偿了关节内部摩擦力的影响,提高了关节的控制精度。     

低摩擦高频响变间隙密封液压缸研究

液压缸是液压系统重要元件,其动静态特性直接影响液压系统正常工作性能。由于具有密封件的第一代液压缸摩擦力大、动态性能差,不适应高频工作的液压伺服系统,制约了液压缸向高速方向发展,第二代间隙密封液压缸采用恒间隙密封技术,摩擦力减小,动态响应提高,但容积效率降低。为此,在第一代和第二代基础上,经过多年努力,研发出无密封件并采用压力自补偿变间隙密封技术的第三代液压缸,通过理论分析、数学建模、仿真研究、试验验证及应用,第三代液压缸动静态性能好,容积效率高,工作寿命长,适用于高频响、高速度的液压传动及液压伺服系统。压力自补偿变间隙密封技术可以推广到其他具有微小变形要求的液压元件中,使制造业和液压技术在创新上前进一步。     

Dynamic friction measurements with an atomic force microscope on polymer surfaces

The combination of scanning friction force microscopy (SFFM) and lock‐in techniques leads to dynamic SFFM (DSFFM) and provides great advantages in friction force studies with sub‐micrometre resolution. In this paper are presented measurements on thin adsorbed organic films on polymers (polymer blend of 75% poly(allylaminehydrochloride) (PAA) and 25% poly(diallyl‐dimethylammonium chloride) (PDDAC)) and on mica (as a reference). The amplitude and phase response as a function of the excitation amplitude can be explained on hard surfaces by a simple static and dynamic friction model. This model allows us further to distinguish static friction forces and kinetic friction forces in a quantitative way. Furthermore, we demonstrate the use of these spectra to determine the correct modulation amplitude of the excitation to achieve the optimal friction contrasts directly. Polymer data suggest that the viscoelastic shear flow under the atomic force microscope (AFM) tip is responsible for the shape of the phase and amplitude spectrum. Lastly, we demonstrate that DSFFM is a useful technique for surface characterisation in situations where SFFM may not be adequate.     

湿式离合器液压缸活塞密封圈改进设计及仿真分析

O形密封圈具有结构紧凑、便于安装等优势,被广泛的应用于湿式离合器。工作过程中,作动部件由静止开始做变速运动,受动静摩擦力共同作用,而关于该过程研究较少。按照国家标准对湿式离合器液压缸活塞密封圈进行设计,通过workbench建立密封圈模型,根据密封圈接触应力及等效应力云图对密封圈、活塞沟槽尺寸及材料硬度进行优化仿真。由仿真分析可知,优化后密封圈及沟槽结构尺寸更加合理,且密封圈材料IRHD硬度应在70~80之间选取。同时获得液压缸运动过程中密封圈动静摩擦力变化曲线,该曲线为湿式离合器响应时间及控制策略研究奠定了基础。     

简析液压缸摩擦力的特性及其改善措施

液压缸作为液压系统将液压能转化为机械能的主要执行元件之一,其工作效率将不仅影响整机的使用,而且关系到能源能否得到有效利用,因而受到整个行业越来越多的关注.而液压缸摩擦力的存在又是影响液压缸工作效率以及工作寿命的最重要因素之一.因此,该文将结合摩擦学及液压密封理论对液压缸摩擦力从其影响、特性以及理论计算等方面进行一定的研究分析,并提出相应的改善措施.可为液压缸密封的设计选择及润滑提供一定的依据.     

起重机箱形伸缩臂整体稳定性分析

起重机伸缩臂由多节可轴向相对滑动的变截面箱形臂套接组成.箱形伸缩臂承受全部弯矩,而轴向力是通过搭接处的摩擦力与内置油缸共同承受,其力学模型不等同于变截面阶梯柱模型和完全由油缸承受轴力的变截面箱形臂模型.如何准确计入油缸支撑作用及搭接摩擦力的影响,对起重机箱形伸缩臂稳定性分析计算具有十分重要的意义.从挠度微分平衡方程出发,给出起重机箱形伸缩臂三种计算模型的欧拉临界力的分析推导,并着重讨论考虑油缸支撑和伸缩吊臂间搭接摩擦力协同作用的变截面箱形伸缩臂计算模型.分析结果表明,考虑油缸支撑和箱形吊臂间搭接摩擦力协同作用时吊臂的失稳临界力介于完全由油缸承受轴力的变截面箱形臂模型与变截面阶梯柱模型的失稳临界力之间.