离心泵叶轮前间隙调整装置及其控制研究

发布时间：2017-03-16 08:06

  本文关键词：离心泵叶轮前间隙调整装置及其控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：离心泵是一种典型的流体机械,主要用途是通过叶轮转动产生的离心作用输送液体。叶轮是离心泵的核心部分,而叶轮与前泵盖之间间隙即叶轮前间隙是影响离心泵容积效率的主要因素。离心泵在工作运转一段时间后,因磨损、变形等因素,叶轮前间隙会改变,间隙大,泄漏多,泵效率低,间隙小,叶轮和前盖之间引起摩擦,致使泵损坏。因此使用过程中实时检测并调整控制该间隙,是保证泵高效运行的重要举措,具有很高的使用价值。现今的常规调整并不准确,需停机,装卸泵盖和叶轮,麻烦且效率低。针对这一方面不足,本文旨在设计出关于离心泵叶轮前间隙调整装置的电液伺服位置控制系统,运用模糊PID和模糊免疫PID两种复合算法对其控制系统展开研究,达到实时调整控制离心泵叶轮前间隙在合理范围内的目的。本文首先设计离心泵叶轮前间隙调整装置,通过对传统离心泵前泵盖部分结构改造,设计出带有特殊液压缸的前泵盖,而叶轮保持原位,这样用平移前泵盖的方式改变两者间隙。对各类液压元件计算选型,获取液压控制系统数学模型所需参数,利用AMESim建立电液伺服系统模型并仿真。然后建立叶轮前间隙液压控制系统数学模型,推导状态空间表达式,分析系统稳定性和能观能控性。接着依据模糊算法和免疫算法,先后设计出模糊PID控制器和模糊免疫PID控制器,利用Simulink搭建离心泵叶轮前间隙调整装置电液伺服位置控制系统仿真模型并做仿真对比研究。本文主要结论有：设计出了具有独特结构的离心泵叶轮前间隙调整装置；描述了零泄漏情况下离心泵前泵盖所受压力差与叶轮前间隙之间的数学关系；设计了基于离心泵叶轮前间隙调整的模糊PID和模糊免疫PID控制器；最后控制仿真结果表明：模糊PID、模糊免疫PID控制比PID控制响应速度更快,调节时间更短,超调量更小。而前两者中,后者的控制效果更优。
【关键词】：离心泵 模糊PID 模糊免疫PID 电液伺服系统 仿真
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH311
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 课题的研究背景与意义12-13
• 1.1.1 离心泵概述12-13
• 1.1.2 选题的目的和意义13
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势13-17
• 1.2.1 泵的叶轮前间隙调整研究现状13-14
• 1.2.2 电液伺服控制方法研究现状14-17
• 1.3 本文的研究思路17
• 1.4 本文的研究内容和结构17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第2章 离心泵叶轮前间隙调整装置设计19-31
• 2.0 离心泵结构概述19
• 2.1 离心泵叶轮前间隙调整装置方案设计19-21
• 2.2 离心泵叶轮前间隙调整装置组成21
• 2.3 离心泵叶轮前间隙调整装置结构设计21-30
• 2.3.1 装置结构二维图21-22
• 2.3.2 装置结构三维图22-24
• 2.3.3 调整装置结构设计24-28
• 2.3.4 前泵盖盖板有限元分析28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 离心泵叶轮前间隙调整装置液压伺服系统设计31-44
• 3.1 概述31
• 3.2 离心泵叶轮前间隙调整装置液压伺服系统设计31-39
• 3.2.1 液压伺服系统设计的一般步骤31-32
• 3.2.2 设计要求32
• 3.2.3 负载特性分析及简化32-33
• 3.2.4 离心泵叶轮前间隙调整装置原理图33
• 3.2.5 液压缸设计33-34
• 3.2.6 液压元件参数设计及选型34-36
• 3.2.7 其他元件的初步选择36-38
• 3.2.8 选定液压元件汇总38-39
• 3.3 液压伺服系统验算39-43
• 3.3.1 系统压力损失验算39-41
• 3.3.2 系统发热升温的计算41-42
• 3.3.3 系统效率计算42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 基于AMESim离心泵叶轮前间隙调整装置液压伺服系统运动仿真44-54
• 4.1 AMESim简介44
• 4.2 离心泵叶轮前间隙调整装置电液伺服系统AMESim仿真44-52
• 4.2.1 离心泵叶轮前间隙调整装置电液伺服系统模型搭建44-46
• 4.2.2 分配子模型46-47
• 4.2.3 设置参数47-50
• 4.2.4 运行仿真50-52
• 4.3 本章小结52-54
• 第5章 离心泵叶轮前间隙液压控制系统建模及控制性能研究54-70
• 5.1 离心泵叶轮前间隙控制原理及方法54-55
• 5.1.1 计算理想间隙54
• 5.1.2 建立间隙实测值与理想值之间关系54-55
• 5.1.3 控制系统框图55
• 5.2 离心泵叶轮前间隙液压控制系统建模55-61
• 5.2.1 伺服阀传递函数56
• 5.2.2 阀控缸传递函数56-60
• 5.2.3 伺服放大器与传感器增益60-61
• 5.2.4 系统传递函数框图61
• 5.3 控制系统状态方程61-64
• 5.4 控制系统性能分析64-69
• 5.4.1 控制系统稳定性分析64-67
• 5.4.2 控制系统能控性能观性分析67-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第6章 基于Simulink离心泵叶轮前间隙控制方法设计及仿真70-82
• 6.1 Simulink简介70
• 6.2 离心泵叶轮前间隙调整装置PID控制研究70-72
• 6.2.1 离心泵叶轮前间隙调整装置PID控制原理70-71
• 6.2.2 离心泵叶轮前间隙调整装置PID控制仿真71-72
• 6.3 离心泵叶轮前间隙调整装置模糊PID控制研究72-77
• 6.3.1 模糊PID控制简介72
• 6.3.2 模糊PID控制器设计72-75
• 6.3.3 模糊PID控制仿真分析75-77
• 6.4 离心泵叶轮前间隙模糊免疫PID控制研究77-81
• 6.4.1 模糊免疫PID控制器设计77-79
• 6.4.2 模糊免疫PID控制仿真分析79-81
• 6.5 离心泵叶轮前间隙调整装置控制仿真对比81
• 6.6 本章小结81-82
• 第7章 结论与展望82-84
• 7.1 本论文完成的工作82-83
• 7.2 本论文相关工作的进一步展望83-84
• 参考文献84-88
• 读研期间发表的论文88-89
• 致谢89

【参考文献】

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本文编号：251506