负载中含变刚度的电液负载模拟器系统稳定性探讨

发布时间：2020-04-29 05:14

【摘要】：在国防科技领域及精密工业中,电液伺服系统被广泛应用,且对其伺服性能的要求越来越高,主要体现在良好的运行稳定性、超低速性能、跟踪精度及动态频宽等方面。电液负载模拟器作为电液伺服系统的重要发展与应用方向,是一种高度非线性和时变复杂系统,其不仅受到源自电液位置控制系统扰动因素的干扰,更受到实际工况中参数不确定性的影响,如负载弹性刚度及液压弹簧刚度的可变性等,使系统不能具有良好的品质特性。另外在位置扰动因素忽略的情况下,电液力控制系统传递函数的分子中存在振荡频率较低的二阶微分环节,使系统特性趋于振荡甚至不稳定的状态。通过对国内外大量文献资料的研究总结,在总结前人科研成果基础上,对电液负载模拟器进行了如下工作。(1)研究在含有变负载刚度和变液压刚度条件下电液负载模拟器的工作机理,建立其精确的物理模型并进行了综合分析,对电液位置系统即承载对象和电液力控制系统模型进行简化,探寻影响系统稳定性、准确性和快速响应性的因素。(2)利用流量连续性方程和系统动力学运动方程建立位置扰动型电液力控制系统的控制框图、数学模型,并分离出了多余力方程,设计可行的抑制多余力产生的方案。(3)本文从能量耗散的角度出发,通过对电液力控制系统的闭环传递函数整理出关于液压缸输出力的三阶线性微分方程,利用李雅普诺夫直接法的反演方式求解系统稳定的相关条件,将其转变为二阶液压补偿器,以期来抵消或者削弱不稳定因素对系统的影响,提高系统品质。同时给出了具体的推导过程和构造方案,并通过劳斯判据证明了二阶液压补偿器的稳定性。(4)通过仿真软件搭建系统仿真模型,在液压缸活塞接近行程终端位置的工况下,通过仿真来验证抑制多余力和提高稳定性方法的有效性,同时设计传统的双惯性控制器用以对比分析,探讨二阶液压补偿器与传统双惯性环节校正下系统的稳定性及其动态特性,验证系统响应的快速性和跟踪的精度。仿真结果表明:本文所设计的电液负载模拟器,经校正具有较好的稳定性,能够较为准确的复现指令力,对多余力的抑制也有良好表现。引入前置速度补偿器可以使多余力减小,减少量最少为96%;采用二阶液压补偿器后有效提高系统的稳定性并抑制谐振峰值,在液压缸活塞接近行程终端位置的工况下,通过与传统校正系统稳定性的双惯性环节的对比,系统响应时间缩短50%以上,稳态误差减小0.1%,系统最慢在0.12 s内达到稳态,最大稳态误差在3.7%以内。
【图文】：

图 1.1 电液负载模拟器基本结构模型1-加载缸 2-力传感器 3-连接轴 4-承载缸 5-位移传感器-承载伺服阀 7-加载伺服阀 8-油源 9-计算机控制与数据采集

图 1.2 模拟器系统结构简图载模拟器研究工作也在七十年代展开[14-15]，主要有国内高研究工作，，并取得了实质的成果，其中获得突出成绩的院，哈尔滨工业大学等单位。焦宗夏等[16]提出速度同步控制抑制多余力的新方案，消除了系统滞后的影响，对非线性
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH137

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本文编号：2644260