水压双缸位置同步控制系统的研究

发布时间：2020-03-21 03:03

【摘要】： 液压同步控制系统具有结构简单、组成方便、易于实现自动控制、适宜较大功率场合等优点,在许多领域具有广泛的应用。传统的液压同步控制系统均以矿物油作为工作介质,在安全和环保要求严格的场合其应用受到限制。水液压技术具有绿色环保、抗燃安全等突出优点,是当前国际上流体传动领域的研究前沿。在某些安全和环保要求高的场合,如食品机械、水上舞台、海洋工程等,用水压驱动取代油压驱动进行同步控制,具有广泛的应用前景。本文基于目前国内外水压技术发展的状况,特别是相关水压比例/伺服控制元件的选择受到限制的情况下,搭建了一种水压比例调速阀控制的位置同步系统,并对该系统的控制、测量方法进行了研究,论文的主要研究内容如下: 分析了双缸位置同步控制系统的类别和各自的特点。选定控制策略为串联型控制。该系统是带反馈的位置同步控制系统,主动缸由手动型单向水压节流阀控制,从动缸由水压比例调速阀控制。通过分析得出从动缸进出口双阀的控制信号之比等于活塞两端的面积之比。研制了同步控制系统的执行元件——水压缸。为了保证同步系统的控制性能,减小水压缸的摩擦力是一个关键问题。本文在分析水压缸摩擦机理的基础上,提出了减小摩擦力,防止低速爬行的措施;对水缸的泄漏,腐蚀及工艺等问题,提出了防范措施。水压缸的样机试验表明,上述减小摩擦力的措施行之有效,缸的性能达到了设计指标要求。对水压比例调速阀、水压缸以及由它们组成的同步控制系统进行了数学建模,并对数学模型内的参数选取进行了说明。利用MATLAB/SIMULINK工具箱构造了实时仿真模型,对水压缸的固有频率及阻尼系数影响因素进行了分析;获取模型的响应,考察了系统的动静态响应特性。
【图文】：

水压实验,实验台

1.1.1 课题的来源本课题来源于华中科技大学为甘肃工业大学研制的纯水液压实验台。该实验台的构成如图1.1所示，包括水压泵试验部分（图中1所示）、水箱及辅件（图中2所示）、控制阀试验部分（图中3所示）和双缸同步控制系统（图中4所示），用于教学和水压基础技术试验。作为该项目的一部分，本文对该实验台中的水压双缸位置同步系统进行研究。图1.1 水压实验台布置图1.1.2 课题的目的及意义利用天然淡水、海水等不含添加剂的水介质代替矿物油作为液压系统的工作介

同步回路

的动态性能的不一致。单作用缸(或非对称缸)的同步控制系统，正、反的同步控制性能也存在很大的差异，给其分析带来了麻烦。因此，，执行元件的安置和结构形式对双缸同步具有较大影响，控制应从正反两方面来实施。不同类型的控制元件对系统的控制特性影响很大。闭环同步控制使用的几种控制阀：流量型控制阀（包括了比例阀，伺服阀，数字阀等）或是方向型控制阀（换向阀，方向流量阀等）。此外，高速开关阀也应用于双缸同步控制系统之中。图 1.2a）是使用比例方向流量阀控制的双缸同步回路，两个缸各使用一个比例阀进行流量控制。与图 1.2 b）中的比例调速阀控制的同步系统类似的是，两者都属于并联型的控制策略。它们的区别在于：前者可以通过比例阀的换向，实现缸的进油路和回油路的调换，由此当其中一个缸的位移超出另一个缸位移的时侯，它可以换向返回，反向追逐以减小位移误差；而后者是通过减小一个调速阀的开度，并增大另一个的开度，从而减小位移误差[5][6]。这样一来，两者的控制方式就大大不同了。同属于流量型控制阀，比例阀，伺服阀，数字阀的性能以及价格又有不同。伺服阀是目前精度最高的，它一般使用于高精度控制中，但是价格昂贵，抗污染能力差；比例阀价格低于伺服阀，抗污染能力也比伺服阀好，流量非线性比较严重，控制精度略低；数字阀精度也较高，但目前在同步控制中的应用较少[4]
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH137.5

【引证文献】