2D数字伺服阀集成控制系统的研究

发布时间：2017-11-01 11:21

  本文关键词：2D数字伺服阀集成控制系统的研究

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【摘要】：电液伺服阀作为电液伺服控制系统中的核心元件,对整个液压伺服系统的性能起到了关键性作用。相对于其它伺服阀而言,2D数字伺服阀不仅具有抗污染能力强、结构简单以及动静态性能好等优点,而且还可以对其进行直接数字控制,因此具有广泛的应用前景。本论文以Φ10通径2D数字伺服阀作为研究对象,针对2D数字阀及其控制系统展开相应研究。在结构上,该阀以阀芯上高压槽与阀套上斜槽构成液压阻尼半桥,取代以高压圆孔与螺旋槽构成的液压阻尼半桥,提高了响应速度,降低了加工成本。以高速DSP为核心元件设计的集成控制系统不仅具有良好的动静态特性,而且集实时控制、工作状态实时监控、参数在线设置以及控制电路板的调试于一体。具体工作内容和研究成果如下:(1)阐述了Φ10通径2D数字伺服阀的工作原理,结构上采用了高低压槽与斜槽构成导控级液压阻尼半桥,以增加导控级初始流量,提高了响应速度,降低了加工成本,由此建立了Φ10通径2D数字伺服阀的数学模型,并进行了仿真分析,研究了主要结构参数对阀动静态特性的影响。(2)对2D数字伺服阀的电-机械转换器——两相混合式步进电机进行研究分析。阐述了电-机械转换器的工作原理;为了消除步进电动机分辨率与响应速度的矛盾,采用了连续跟踪控制算法,在此基础上建立了电-机械转换器的数学模型,并进行了仿真分析。仿真结果表明,2D数字伺服阀的电-机械转换器具有良好的动静态特性。(3)基于连续跟踪控制算法,以TMS320F2812芯片为核心元件设计了2D数字伺服阀嵌入式集成控制器。该集成控制器不单纯只是完成对电-机械转换器的控制器任务,还能通过上位机对电-机械转换器的工作状态进行实时监控,同时还可以通过上位机完成控制器所需要的参数在线设置,如PID参数、电流标定等参数的设置,无需通过仿真器烧写来完成参数的设置。另外,控制器的设计还考虑到控制电路板的调试,通过上位机、无需仿真器就可以完成电路板各个模块的调试,降低了工作强度,提高了调试效率,便于批量生产。该控制器集控制,工作状态实时监控、参数在线设置以及控制电路板调试等功能于一体。(4)基于LabVIEW开发了上位机调试监控软件,通过该软件与2D数字伺服阀控制器有机结合,实现2D数字伺服阀控制器的在线参数设置,工作状态的实时监控以及电路板调试。该软件具有友好的人机界面、操作简单、可靠实用等优点。(5)搭建了Φ10通径2D数字伺服阀的实验测试平台,测试了空载流量特性曲线、内泄漏特性以及动态特性等。实验结果表明,Φ10通径2D数字伺服阀具有良好的动静态特性,其滞环为2.37%,线性度为1.5%,在20MPa压力下的阶跃响应上升时间约为5.8ms,对应-3dB、-90°时的频宽可达到150HZ。同时也验证了控制器以及上位机调试监控软件的实用性。
【关键词】：2D数字伺服阀 两相混合式步进电机 TMS320F2812 LabVIEW
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH137.52;TP273
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 研究背景及意义13
• 1.2 电液伺服控制系统概述13-21
• 1.2.1 电液控制技术国内外研究现状13-14
• 1.2.2 常用电液伺服阀的研究现状14-16
• 1.2.3 电-机械转换器的研究现状16-20
• 1.2.4 电液伺服控制系统的发展趋势20-21
• 1.3 本论文研究内容21-22
• 1.4 本章小结22-23
• 第2章 2D数字伺服阀工作原理以及建模仿真23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 2D数字伺服阀的工作原理23-26
• 2.2.1 伺服螺旋原理23-24
• 2.2.2 2D伺服阀的工作原理24-25
• 2.2.3 2D数字伺服阀的优点25-26
• 2.3 2D数字伺服阀的结构26-29
• 2.4 2D数字伺服阀的数学建模29-34
• 2.4.1 数学模型的建立29-31
• 2.4.2 2D伺服阀的线性化分析31-34
• 2.5 2D数字伺服阀斜槽型导控级的仿真34-37
• 2.5.1 动态特性仿真34-36
• 2.5.2 结构参数对频率响应的影响36-37
• 2.6 本章小结37-39
• 第3章 2D数字伺服阀电-机械转换器建模及仿真分析39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 电-机械转换器的工作原理39-42
• 3.2.1 步进电机分类39-40
• 3.2.2 步进电机基本结构40
• 3.2.3 2D伺服阀电-机械转换器工作原理40-42
• 3.3 2D伺服阀电-机械转换器的数学建模42-43
• 3.4 2D伺服阀电-机械转换器仿真43-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第4章 2D数字伺服阀嵌入式控制器软硬件设计49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 2D伺服阀嵌入式控制器硬件设计49-57
• 4.2.1 电源模块49-50
• 4.2.2 DSP控制模块50-51
• 4.2.3 步进电机驱动模块51-53
• 4.2.4 信号检测模块53-54
• 4.2.5 串口通讯模块54-55
• 4.2.6 外部数据存储扩展模块55-57
• 4.3 2D伺服阀嵌入式控制器软件设计57-60
• 4.3.1 主程序57-58
• 4.3.2 A/D中断服务子程序58
• 4.3.3 SPI中断服务子程序58
• 4.3.4 SCI中断服务子程序58-59
• 4.3.5 EVA中断服务子程序59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第5章 2D数字伺服阀上位机软件设计61-81
• 5.1 引言61
• 5.2 图形化编程语言LabVIEW介绍61-63
• 5.2.1 LabVIEW简介61-62
• 5.2.2 LabVIEW的图形化编程思想及创建步骤62-63
• 5.3 上位机软件功能总体设计方案63-64
• 5.4 基于LabVIEW的主程序设计64-74
• 5.4.1 用户登录模块64
• 5.4.2 串口通信模块64-66
• 5.4.3 嵌入式控制器参数设置模块66-74
• 5.5 上位机软件的测试74-79
• 5.6 本章小结79-81
• 第6章 2D数字伺服阀实验研究81-89
• 6.1 引言81
• 6.2 测试系统平台的搭建81-84
• 6.3 Φ10 通径 2D数字伺服阀的动静态特性研究84-88
• 6.3.1 空载流量特性的研究84-85
• 6.3.2 零位泄漏特性的研究85-86
• 6.3.3 2D数字伺服阀的动态特性86-88
• 6.4 本章小结88-89
• 第7章 总结与展望89-91
• 7.1 研究总结89-90
• 7.2 展望90-91
• 参考文献91-95
• 致谢95-97
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果97

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1126612