基于多目标遗传算法的插装式比例节流阀动静态特性优化研究

发布时间：2017-08-15 08:32

  本文关键词：基于多目标遗传算法的插装式比例节流阀动静态特性优化研究

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【摘要】：插装式比例节流阀作为大中型液压系统中关键控制元件,具有流量大、响应快、耐高压、使用寿命长等优点,其动静态性能对液压系统动静态特性有直接影响,已成为我国流体传动及控制技术领域一个极其重要的研究方向。然而,插装式比例节流阀动静态性能的好坏直接取决于先导级阀,因此,有必要针对插装式比例节流阀工况要求选用合适的先导级阀,使整阀的动静态特性达到较好状态。本文将围绕这一问题通过理论建模与仿真分析、优化设计、实验验证相结合的方法展开研究。本文首先介绍DN80插装式比例节流阀的工作原理和结构特点,考虑各影响因素,建立其非线性数学模型。应用MATLAB/Simulink软件搭建插装式比例节流阀仿真模型,并对其动静态特性进行仿真研究,并对影响其开环增益、频宽、阻尼比的参数影响规律进行分析。在上述研究的基础上,运用多目标遗传算法优化理论,针对插装式比例节流阀阶跃响应慢的问题,对插装式比例节流阀先导级阀频宽、面积梯度以及供油压力进行静态优化设计。所采用的静态优化方法为有约束的多目标最小优化方法,以先导级阀频宽、阀口面积梯度、供油压力等参数为优化变量,以插装式比例节流阀的快速性和稳态误差等动态指标为目标函数,来实现对插装式比例节流阀先导级阀参数和外部参数进行优化设计;随后针对整阀稳定性差的问题,通过动态优化方法对控制器参数进行优化,进而来增强插装式比例节流阀的稳定性。最后进行实验研究,通过阶跃响应曲线和正弦响应曲线对比,将多目标遗传算法优化应用于插装式比例节流阀实际设计中,分析优化先导级阀参数、外部参数和控制器参数对插装式比例节流阀动静态特性的影响。通过实验结果和仿真结果的对比分析可知,实验得出的动态特性曲线与理论仿真动态特性曲线的变化规律基本一致,验证多目标遗传算法应用于插装式比例节流阀动静态特性研究的可行性,为插装式比例节流阀的研究提供新的技术支撑。
【关键词】：插装阀 比例节流阀 动态性能 多目标优化 遗传算法
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH137.522
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题研究背景10-11
• 1.1.3 研究目的和意义11
• 1.2 国内外研究现状11-19
• 1.2.1 插装式比例节流阀产品概况11-14
• 1.2.2 插装式比例节流阀发展概况14-16
• 1.2.3 多目标优化方法发展概况16-18
• 1.2.4 多目标遗传算法发展概况18-19
• 1.3 本文的主要研究内容19-21
• 第2章 插装式比例节流阀非线性数学建模与分析21-40
• 2.1 插装式比例节流阀的结构原理21-22
• 2.2 插装式比例节流阀非线性数学模型的建立22-31
• 2.2.1 先导级比例阀数学模型22-23
• 2.2.2 动力元件数学模型23-28
• 2.2.3 其他环节数学建模28-29
• 2.2.4 插装比例节流阀整体数学模型框图29-31
• 2.3 插装式比例节流阀仿真研究31-34
• 2.3.1 先导级阀仿真模型32
• 2.3.2 动力元件仿真模型32-33
• 2.3.3 整阀仿真模型33-34
• 2.4 插装式比例节流阀动静态特性仿真与实验验证研究34-39
• 2.4.1 整阀仿真模型验证34-36
• 2.4.2 整阀动静态响应特性研究36-37
• 2.4.3 整阀动态特性影响因素仿真分析37-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第3章 基于遗传算法的整阀多参数优化研究40-58
• 3.1 插装式比例节流阀动态性能评价指标40-41
• 3.2 基于遗传算法的整阀优化算法理论研究41-46
• 3.2.1 整阀动态优化目标函数的选取41-43
• 3.2.2 整阀参数编码与解码43
• 3.2.3 插装式比例节流阀初始种群设定43
• 3.2.4 个体适应度函数43-44
• 3.2.5 遗传算法选择操作44
• 3.2.6 遗传算法交叉操作44-45
• 3.2.7 遗传算法变异操作45-46
• 3.3 插装式比例节流阀遗传算法仿真分析46-56
• 3.3.1 先导级阀参数优化仿真分析46-50
• 3.3.2 控制器参数优化仿真分析50-54
• 3.3.3 多参数综合优化仿真分析54-56
• 3.4 本章小结56-58
• 第4章 插装式比例节流阀实验研究58-72
• 4.1 实验平台原理介绍58-64
• 4.1.1 插装式比例节流阀测试实验平台原理58-59
• 4.1.2 液压系统硬件组成59-61
• 4.1.3 插装式比例节流阀控制系统组成61-63
• 4.1.4 位移传感器标定63-64
• 4.2 实验方案与步骤64-66
• 4.2.1 实验总体方案64-65
• 4.2.2 实验具体步骤65-66
• 4.3 实验研究66-71
• 4.3.1 先导级阀参数和外部参数优化实验研究66-69
• 4.3.2 控制器参数优化实验研究69-71
• 4.4 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-79
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果79-80
• 致谢80-81
• 作者简介81

【参考文献】

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本文编号：677222