二通插装式比例节流阀自抗扰控制方法研究

发布时间：2017-03-30 11:29

  本文关键词：二通插装式比例节流阀自抗扰控制方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国在航空航天、机床、冶金、能源、石化、船舶等工业领域的不断发展和进步,对重型机械设备的需求和现代化水平的要求越来越高。插装式比例节流阀作为大中型液压系统的关键控制元件之一,其性能直接决定了液压系统的动态品质和稳态特性。深入研究高性能的插装式比例节流阀的位置控制特性及控制策略,对提高整阀性能具有重要意义。插装式比例节流阀的控制精度受放大器和比例电磁铁的非线性、阀芯制造误差以及摩擦力、液动力等因素的影响,动态品质有待提升。在高压大流量工况下,当插装式比例节流阀在负载压力突变时,应具备阀芯位置超调量小,流量受负载压力影响小,抗干扰能力强等性能。为保证上述性能,如何提高阀的响应速度,克服液动力对主阀芯的影响,保持主阀芯位置的重复性和控制的稳定性是需要解决的问题。针对上述问题,本文主要展开以下研究工作:(1)插装式比例节流阀电液位置伺服控制系统建模及特性分析。采用机理建模的方法对插装式比例节流阀进行建模,得到其刚度模型,通过对刚度模型的分析得出插装式比例节流阀的刚度特性与系统的控制精度、抗干扰性之间的关系。液动力作为插装阀主要的干扰来源,本文借助CFD仿真软件得到液动力的变化趋势,对液动力做出有效的评估,为后续控制策略的选择奠定基础。(2)针对插装式比例节流阀响应速度慢、液动力干扰和流量调节刚性差的问题,提出自抗扰的控制策略。在充分了解自抗扰控制理论的基础上,为改善系统性能并设计准确的控制器,采用系统辨识的方法得到插装式比例节流阀准确的数学模型。借助MATLAB/Simulink软件搭建插装式比例节流阀自抗扰控制仿真模型,进行仿真分析。针对随机干扰下系统响应曲线存在高频振荡的现象,对自抗扰控制器进行了改进。从系统参数变化、抗干扰能力等方面,对改进的自抗扰控制器与PID控制器的控制性能进行了分析比较。(3)对插装式比例节流阀的控制特性进行实验研究。介绍插装式比例节流阀的实验系统、数据采集系统和控制系统。借助d SPACE控制器完成数据的采集工作。实验系统主要对主阀的自抗扰控制和PID控制进行比较分析,通过实验验证控制算法的理论正确性,为自抗扰控制方法在插装式比例节流阀的位置闭环控制系统中的应用提供指导。
【关键词】：插装式比例节流阀 MATLAB/Simulink软件 自抗扰控制 PID控制 鲁棒性 d SPACE控制器
【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】：TH137.52
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义11-13
• 1.1.1 课题来源11
• 1.1.2 课题研究背景11-13
• 1.1.3 研究目的和意义13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 插装式比例节流阀国外研究现状13-16
• 1.2.2 插装式比例节流阀国内研究现状16-18
• 1.2.3 市场需求18
• 1.3 自抗扰控制研究现状18-20
• 1.4 本文的主要研究内容20-22
• 第2章 插装式比例节流阀基础理论研究22-41
• 2.1 引言22
• 2.2 插装式比例节流阀结构及原理22-24
• 2.3 插装式比例节流阀建模研究24-27
• 2.3.1 位移传感器24
• 2.3.2 比例阀流量方程24-25
• 2.3.3 比例阀阀芯位移与电压的传递函数25-26
• 2.3.4 主阀建模26-27
• 2.4 插装式比例节流阀位置控制系统数学模型27-30
• 2.4.1 控制框图27-28
• 2.4.2 插装式比例节流阀位置控制系统传递函数28-30
• 2.5 插装式比例节流阀刚度分析30-35
• 2.5.1 系统参数对主阀位置刚度的影响30-31
• 2.5.2 插装式比例节流阀刚性分析31-32
• 2.5.3 插装阀动刚度分析32-35
• 2.6 主阀.液动力CFD分析35-40
• 2.6.1 液动力理论计算36-38
• 2.6.2 网格划分和边界条件设置38-39
• 2.6.3 流场仿真分析39-40
• 2.7 本章小结40-41
• 第3章 插装式比例节流阀自抗扰控制方法研究41-68
• 3.1 引言41
• 3.2 自抗扰控制器的结构分析与设计41-43
• 3.2.1 基本原理41-43
• 3.2.2 自抗扰控制器的设计步骤43
• 3.3 自抗扰控制器组成部分43-48
• 3.3.1 自抗扰控制(ADRC)结构组成43-44
• 3.3.2 跟踪微分器44-48
• 3.4 扩张状态观测器48-51
• 3.5 非线性反馈控制律51
• 3.6 插装式比例节流阀位置控制系统自抗扰控制器设计51-57
• 3.6.1 插装式比例节流阀系统辨识53
• 3.6.2 辨识的基本原理53-55
• 3.6.3 辨识过程55-56
• 3.6.4 模型验证56-57
• 3.7 插装式比例节流阀自抗扰控制器设计算法57-58
• 3.8 控制器仿真模型建立58-65
• 3.8.1 非线性函数建模59
• 3.8.2 跟踪微分器建模59-62
• 3.8.3 扩张状态观测器建模62
• 3.8.4 非线性反馈控制建模62-63
• 3.8.5 自抗扰控制器的整体模型63-65
• 3.9 自抗扰控制器参数整定原则65-67
• 3.10 本章小结67-68
• 第4章 插装式比例节流阀自抗扰控制仿真研究68-81
• 4.1 引言68
• 4.2 自抗扰控制器各组成部分仿真分析68-71
• 4.3 自抗扰控制JITTER现象71-73
• 4.3.1 系统仿真分析71
• 4.3.2 改进的fal函数仿真分析71-73
• 4.3.3 主级插装阀的仿真分析73
• 4.4 主阀自抗扰控制和PID控制鲁棒性仿真分析73-80
• 4.4.1 系统参数变化的鲁棒性74-76
• 4.4.2 自抗扰控制器参数变化的影响76-78
• 4.4.3 主阀自抗扰控制和PID控制抗干扰仿真研究78-80
• 4.5 本章小结80-81
• 第5章 插装式比例节流阀自抗扰控制实验研究81-97
• 5.1 引言81
• 5.2 插装式比例节流阀实验平台介绍81-87
• 5.2.1 插装式比例节流阀主阀组成介绍81-82
• 5.2.2 液压系统硬件组成82-86
• 5.2.3 d SPACE平台概述86-87
• 5.3 实验方案87-90
• 5.3.1 实验步骤87
• 5.3.2 d SPACE平台控制器设计87-90
• 5.4 插装式比例节流阀实验研究90-96
• 5.4.1 主阀自抗扰控制和PID控制实验研究90-91
• 5.4.2 插装式比例节流阀滞环特性试验研究91-92
• 5.4.3 自抗扰控制器参数变化对主阀性能的影响92-93
• 5.4.4 主阀自抗扰控制和PID控制抗干扰试验研究93-96
• 5.5 本章小结96-97
• 结论97-100
• 参考文献100-106
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果106-107
• 致谢107-108
• 作者简介108

【参考文献】

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