电液比例式推进系统的自适应反演滑模控制

针对电液比例阀驱动的水下推进系统存在液压系统强非线性、易受外界温度压力以及水动力性能变化引起的参数不确定性的问题,提出一种自适应反演滑模控制方法.该方法结合实验辨识和自适应参数控制器设计方法分别对电液比例复杂耦合系统和不确定系统参数进行简化分析和在线估计,使用李雅普诺夫稳定性理论保证了系统全局渐近稳定以及系统状态的有界性.以国家发展高科技计划4 500米级深海作业系统-"海马号"ROV的螺旋桨推进系统为研究对象,使用提出的控制方法与传统PID控制器进行对比试验.仿真和水池试验结果表明,所设计的自适应反演滑模控制器对参数变化以及未知外界干扰具有较强的鲁棒性,可以很好地跟踪螺旋桨转速参考轨迹,获得较好的稳态控制精度和动态性能;同时修正后的参数估计能够保证在外界未知干扰下估计参数的有界性.     

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.     

高空飞艇推进系统参数匹配设计

进行临近空间飞艇推进系统动态性能仿真可以预先调整部件参数,优化推进系统效率,减小太阳电池和锂电池重量。利用Matlab/Simulink建模仿真工具,通过对稀土永磁无刷直流电机多个独立功能模块的建立和组合,构建了基于PID以及PI控制的转速、电流双闭环串级控制电机仿真模型;根据螺旋桨的运动方程建立了螺旋桨的动态仿真模型。按照电机和螺旋桨的扭矩、转速匹配关系对各仿真模块进行协同化处理。利用集成化仿真模型,进行推进系统各部件参数匹配。得出推进系统功率30 kW时不同桨径推进系统的动态响应特性以及不同高度下最佳减速比,得出了6.8 m桨径推进系统的最佳额定工作点及其工作区域。     

比例阀控液压缸位置PID闭环控制的PLC软件实现

提出一种利用西门子S7-200实现比例阀控制系统中液压缸位置PID闭环控制的软件实现方法,给出了程序框图及梯形图程序,并在Festo TP701比例液压试验台上进行实验研究。实验研究表明,开环比例控制系统中,利用软件的方法可实现位置等物理量的闭环控制,控制精度和抗干扰能力等性能可满足一般工业应用的需求。     

基于干扰观测器的非对称液压缸鲁棒运动控制

为实现对比例阀控制非对称液压缸系统的高性能位置伺服控制，提出了基于干扰观测器的新型鲁棒运动控制方法.在闭环控制中采用干扰观测器，对各种外部力扰动和系统参数变化进行估计并引入相应补偿，从而提高系统运动性能和鲁棒稳定性；对于比例阀中位死区，基于名义模型位置输出信息的新型补偿策略，保证在不牺牲系统动态品质的情况下，能有效地避免阀芯的频繁切换.对挖掘机器人关节液压缸系统进行计算机仿真的结果表明，该方法对外部力扰动和参数变化均具有很强的鲁棒性，且新型比例阀死区补偿环节能明显增强液压系统运动的平稳性.     

离合式(CV型)飞剪机激励特性分析

分析了CV型飞剪机激励系统特性，讨论激励系统转速变化和转速差规律，提出改善飞剪机激励系统性能的措施。     

基于液压变压器的自适应换向驱动系统

为了充分发挥液压恒压网络系统的节能特性,实现驱动系统的四象限工作特性,提出了一种基于液压变压器的自适应换向驱动系统。通过压力交叉反馈控制驱动系统中的液控单向阀,使得仅通过改变液压变压器控制角,就能够实现系统的自适应换向。通过建立系统模型,分析了系统的工作特性。研究结果表明:当系统从驱动工况切换到制动工况时,系统响应迅速,液压变压器转速徒然下降;在制动压力建立起来之后,液压变压器进入稳定工况,转速逐渐下降;在制动工况下,系统能够实现再生制动,回收部分制动动能,并通过液压变压器将能量存储于液压蓄能器中。     

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。.     

变转速泵控模拟盾构刀盘驱动系统研究

设计了1.8 m土压平衡(EPB)模拟试验盾构的刀盘驱动液压系统,介绍了该液压驱动系统的工作原理和控制方法,该系统采用了变转速泵控技术.通过统计分类的模式识别方法分析了1.8 m试验盾构的掘进过程,以盾构掘进的场切深指数（FPI）、扭矩切深指数（TPI）构成了掘进土层状况的特征空间,基于土层识别及刀盘驱动功率效能评价建立了盾构刀盘转速专家控制方法.建立该液压驱动系统的AMESim仿真模型,仿真研究了液压系统的效率、开环和闭环调速性能.试验研究表明,该液压系统开环调速性能稳定,但刀盘转速波动较大.     

高空螺旋桨无刷直流电机重置粒子群PID控制

永磁无刷直流电机驱动高空螺旋桨负载时,由于大气密度随海拔高度变化,电机转速随螺旋桨负载变化不断波动,传统定参数PID控制难以随环境变化对电驱动系统PID控制参数进行实时调整,系统的动态特性和鲁棒性较差。提出一种基于BFGS(Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)动态重置粒子群算法(BFGS-RPSO)的永磁无刷直流电机PID参数控制方法,该方法利用BFGS-RPSO算法灵活快速的在线参数寻优特点,对永磁无刷直流电机控制系统PID参数进行在线实时优化调整,提高了螺旋桨负载电驱动系统的动态特性和鲁棒性。Matlab仿真和实验表明,电机在起动过程中,转速上升时间较短,转速和转矩超调较小,且在负载波动过程中电机转矩脉动较小,BFGS-RPSO PID参数控制比传统PID控制具有更好的动态特性和鲁棒性,适合应用于高空螺旋桨永磁无刷直流电机螺旋桨电驱动系统。     

凿岩台车多关节机械臂的PID位置控制研究

液压凿岩台车在现代隧道掘进施工中发挥了重要作用,现有液压凿岩台车在进行寻找孔位时,需要对6个液压缸和2个液压马达分别进行控制。主要研究了电液比例阀控制液压缸的位置控制系统,以电液比例阀对支臂缸的位置控制为例,其余各个关节控制系统可以以此类推,不进行详细叙述。电液比例阀控制液压缸位置控制系统实际上是一个对液压缸的位移量在钻孔作业中进行实时校正的系统,并对液压缸的期望位移和实际位移产生的偏差进行控制,并在控制环节中添加一个控制器。设计了模糊控制系统的构成,并对模糊PID参数整定的方法与过程进行了论述,然后通过MATLAB的Fuzzy工具箱和SIMULINK模块对电液比例阀控制液压缸的模糊控制器进行设计与仿真。仿真结果显示,在此阀控液压缸控制系统中,模糊PID控制器的抗干扰能力很强,响应速度快,性能也十分稳定。     

地下管道挖掘机刀盘调速系统

基于泄漏补偿研究了泵变频刀盘调速液压驱动系统闭环控制方案,并进行了仿真。仿真结果表明,系统在负载波动下具有稳定的刀盘转速。     

矢量推进水下机器人的推力分配方法

为了研究深海过驱动遥控水下机器人的推力分配方法,针对作业型ROV多个推进器成矢量对称布置的特点,建立了一种过驱动矢量推进系统的数学模型。提出了一种先将六自由度运动控制电压进行归一化处理,经过放大后再分别对水平面和垂直面进行直接逻辑推力分配的方法。通过数值仿真分析表明:该推力分配方法可实现过驱动作业型ROV的推力优化分配输出和六自由度运动控制,具有简单、准确、实时强和避免推力分配饱和输出等优点,对水下机器人及过驱动船舶推力分配方法的研究,具有一定的指导意义和工程价值。     

船舶翼帆回转速度的非线性补偿控制

针对翼帆回转控制实验中出现的起动升速、制动降速过程转速曲线的非线性特征,建立翼帆转速与调速阀电流关系的数学模型及其逆函数模型。基于翼帆回转液压实验台的阀控调速开式液压系统,采用非线性前馈补偿控制和实验研究方法对调速阀电流进行补偿控制。实验结果表明:该补偿方法能够得到线性度较高的升速、降速曲线,同时也能够提高转帆精度,是翼帆回转前馈补偿控制研究的关键步骤,为翼帆回转控制器设计和翼帆的实船应用奠定基础。     

基于改进遗传算法的ROV推进器伺服系统辨识

针对ROV变量液压推进器伺服控制系统的控制模型,提出了采用改进遗传算法进行控制模型参数辨识。为解决遗传算法易早熟,难以找到精确解等问题,采用一种基于均匀设计的种群初始化方法和一种改进变异方式的深度捕食策略,有效提高了ROV变量液压推进器伺服控制模型辨识算法的全局收敛性和搜索效率。同时,利用液压试验平台搭建液压回路模拟液压推进器伺服控制系统,采集试验数据辨识得到了ROV变量液压推进器的精确控制模型,仿真和实验结果证明了辨识算法的可行性和模型的正确性。     

双向拉伸聚酯薄膜纵向拉伸机的摆辊张力控制

针对双向拉伸聚酯薄膜生产中,纵向拉伸机入口及出口张力对薄膜拉伸质量具有重要影响,提出了一种运用摆辊张力进行调节的闭环控制方式.当摆辊位移时,直线位移传感器反馈信号产生波动,经与标准电压信号比较后得出的偏差值传递给变频器,然后变频器输出控制信号改变电机转速,以实现闭环控制.该系统通过增大膜片包角、采用低摩擦气缸、精密电气比例阀和高精度直线位移传感器等措施灵敏度得以提高.经实际生产应用验证,该闭环张力控制系统较张力传感器直接控制和磁粉离合器控制转矩间接控制,系统的控制精度更高、动态性能更好,对双向拉伸聚酯薄膜的纵向拉伸质量有显著提升.     

变频驱动的闭式回路节能型液压升降系统

为进一步降低液压升降系统的装机功率和能耗,提出了一种新式的节能型液压升降系统,其原理是将变转速容积调速、活塞拉缸和蓄能器作液压配重技术结合在一起,构成变频驱动的闭式回路液压系统.研究了该原理在液压电梯中的典型应用,给出了系统装机功率的计算公式,得到了系统装机功率、蓄能器容积与蓄能器工作压力比（最低工作压力与最高工作压力之比）的关系.试验研究了在不同负载工况下电梯轿厢的速度运行性能,并对比分析了该系统与阀控等系统的节能性能.结果表明,采用此新型节能方案不仅能够大幅降低液压电梯系统的装机功率和能耗,使系统平均总效率提高至70％,而且具有良好的速度运行性能.     

一体化推进器多特性平衡设计及试验验证

为分析一体化推进器的推进及空泡性能,基于多特性平衡设计思想,采用势流理论面元法建立了一体化推进器设计方法。对不同舵球直径时的桨舵推进系统水动力性能进行了仿真分析,确定了舵球直径对推进性能的影响规律。以舵阻力及压力系数最小为设计目标,采用速度场的迭代计算考虑桨舵之间的相互干扰,开展了舵不同展向剖面的扭曲设计。模型试验结果表明:建立的一体化推进器多特性平衡设计方法是有效的,桨舵一体化推进器可减小舵的阻力,增加螺旋桨的推力,提高桨舵推进系统效率,并显著改善舵的空泡性能。     

基于参数估计模型的对转永磁无刷直流电机实时故障诊断方法

无刷直流电机可靠性高,但在过载、过热等条件下,会造成电机性能降低;在电动力船舶推进系统中,由于速度闭环负反馈作用,这些故障常常无法及时发现,因此在电机运行过程中及时发现故障具有十分重要的应用价值。论文把参数估计技术应用于对转无刷直流电机故障实时诊断,建立了对转无刷直流电机驱动对转螺旋桨时的实时辨识模型,通过测量电机电压、电流和电机转速,得到电机的绕组电阻、反电势系数和转动惯量参数以及螺旋桨负载的力矩系数,通过观察参数的实时变化,监控电机的工作状态。这种以微分方程为基础的最小二乘方法不影响电机正常工作。仿真结果表明该方法可以完成对转无刷直流电机驱动对转螺旋桨时的故障诊断。     

激光直径仪微机在线测控系统

研制微机在线测控系统用于非接触激光直径仪．用这一系统对激光光电传感器ＣＣＤ的输出信号进行直径的在线测量,具有实时测量、显示、闭环控制、通讯及打印等功能．文中介绍了直径非线性修正的方法及闭环控制算法,给出了系统的硬件原理图及软件框图．现场运行结果表明,该系统测量精度高,实时性好,闭环控制易于实现,运行稳定可靠．