电液复合驱动缸系统控制特性及节能性研究

发布时间：2020-07-26 10:29

【摘要】：随着重载机器人和大功率高端装备制造的高速发展及其日渐彰显的战略地位,对驱动技术的控制性能和系统能效均提出了更高的要求。当前执行装置的驱动方式主要有气动、电机驱动和液压驱动等。气动方式虽然节能环保,但工作压力等级较低、稳定性较差,较少应用于大功率机械装备。电机驱动在机械执行装置的效率和运动控制的精度等方面取得了明显优势,但受到导磁材料的磁饱和性能影响,电机精密驱动的功率输出能力相对有限。液压驱动由于具有输出力/力矩大、功率密度高和过载能力强等优势,在工程机械、航空航天、装备制造等领域得到了广泛的应用,但存在能耗高、控制不够精细的不足。目前对驱动技术的研究主要是研究液压系统节能技术以提高系统能效,研究液压系统控制策略以改善控制性能,但由于其自身特性的限制难以同时兼顾高能效和高性能。论文以同时保证高功率密度、高精度和高能效为目标,提出了一种将电机驱动和液压驱动相结合的电液复合驱动缸系统结构方案,该系统综合利用电机驱动高控制性能和液压驱动高功率密度的优势,通过对电机的转速、转矩进行主动控制实现高精度运动,通过对液压系统的压力、流量进行被动控制实现高功率密度和快速响应。论文分析了系统主要组成单元并对其中的关键元件进行参数匹配;分别构建了阀控缸系统、泵控缸系统以及电液复合驱动缸系统的数学模型,分析了三种系统开环系统和闭环系统的控制性能;为了使系统适应不同负载,提出了一种基于负载识别的电液能量分配策略,并对控制策略中的临界负载进行设计;通过建立电液复合驱动缸AMESim系统仿真模型,研究开/闭环控制方法对系统控制性能的影响并验证了电液能量分配策略的合理性。根据系统工作原理和元件参数设置搭建了电液复合驱动缸系统试验平台,为了与传统液压控制系统进行对比,搭建了阀/泵控缸系统对比试验平台,两套试验平台共用一套计算机辅助测试系统。基于所搭建的试验平台和AMESim系统仿真模型,对电液复合驱动缸系统的控制特性和节能性进行了仿真和试验研究。研究结果表明:电液复合驱动缸系统具有较好的功率放大特性;对于速度控制,电液复合驱动缸系统的阶跃输入速度响应快速性、方波输入速度突变快速性以及正弦输入速度跟随性都优于阀/泵控缸系统;对于位置控制,电液复合驱动缸系统的斜坡输入定位精度、正弦输入位置跟随性都优于阀/泵控缸系统;电液复合驱动缸系统的效率随负载增大而增大,相同负载下大于阀/泵控缸系统的效率;论文所提出的电液复合驱动缸系统在驱动功率、控制特性以及节能性方面都具有较好的表现。
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH137;TP273
【图文】：

姚斌教授和徐兵教授设

进出油口独立控制的泵控差动缸系统原理图

几种泵控差动缸系统原理图

【参考文献】

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本文编号：2770645