直驱式电液伺服控制系统及其在20MN压剪试验机上的应用

发布时间：2020-07-28 08:55

【摘要】：直驱式电液伺服控制系统(Direct Drive Volume Control,DDVC),是一种电子技术与液压技术融合的新型控制系统。该系统中,去掉传统液压阀控系统中的节流阀、溢流阀以及换向阀等高污染、高故障率、高成本的阀元件,通过交流伺服电机直接驱动双向泵为系统提供动力,以调节交流伺服电动机转向与转速的方式,对系统进行精密控制。该系统具有灵活性高、体积小、易于集成、操作方便以及节能高效等优越性,尤其在大功率的工作环境中,其节能效果越发显著,已经在国内外很多领域大放异彩。新的技术,必然需要经历一段技术推广和应用领域扩展的时间,虽然DDVC的优越性毋庸置疑,但其在国内的应用范围并不是很广。究其原因,主要是因为直驱式电液伺服控制系统在国内的推广时间不够长,且很多具体领域的应用无例可循,需要不断实验以求在应用上的突破。本课题源于“20MN压剪试验机”项目,大载荷的材料试验机本身消耗的能源是十分巨大的,为此,对DDVC系统进行研究,并将其应用到试验机上,以求能源最大程度的节约。以下为本课题的研究方向:1)通过阅读大量相关资料,为大载荷试验机选择控制系统,需要从便捷性、节能效果、成本、响应速度等多方面进行考量,通过将直驱式电液伺服控制系统与传统的阀控系统进行对比,并查证国内外诸多实例,进而确定直驱式电液伺服控制系统的诸多优越性均符合试验机的需求;2)直驱式电液伺服控制系统本身对电机与液压泵有着严格的要求,系统的核心便在于如何实现对电机的精确调速以及执行单元(泵控缸)的动态稳定。分别建立交流伺服电机与泵控缸部分的数学模型,进而得到直驱式电液伺服控制系统的整体数学模型,通过matlab进行仿真,分析系统的稳定性;3)建立直驱式电液伺服控制系统的实验台,分别对电气与液压进行设计,然后根据实验室的条件进行硬件的选型与软件的编程设计:4)进行了直驱式电液伺服控制系统的实验分析,加入PID控制器,在实验过程中通过对PID参数进行不断调整,以求得到最佳的响应信号曲线;5)对20MN压剪试验机的整体结构进行设计,通过有限元分析与模态分析来校核模型强度以及允许工作的频率区间。然后对液压控制部分进行设计,将直驱式电液伺服控制系统应用在试验机上,并通过计算,证明其节能效果。在本课题的最后,提出了几个有利于节能的硬件配置方案以供参考。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH137;TP273
【图文】：

吉林大学硕士学位论文变量泵，变量泵的控制精度、反应速度、调节范围等工作性能很液压系统的性能。而其内部结构复杂，故障率高，且成本很高，系统，空载状态下，电机的能量损耗很大，整个系统的集成化依旧也在一定程度上限制了该系统的发展。逡逑开始致力于寻找更为节能、更加经济、性能与稳定性更高的液压年来伺服电机技术的飞速发展，对于伺服电机的控制技术也趋于机与定量泵相结合的栗转速控制系统便应运而生。泵转速控制系变量泵所带来的诸多问题，在很多外国文献中也把这种系统称为电无阀电液伺服系统或直驱式容积控制电液伺服系统１１２１３１。这种新型服电机直接驱动定量泵，以改变泵转速的方式来实现对系统的多，本人更倾向将泵转速控制系统称为直驱式电液伺服控制系统，。为避免系统名称过于冗长，接下来将简称为直驱式控制系统ｍ。逡逑

Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（ｒａｄ／ｓ）逡逑图２．５系统ＢＯＤＥ图逡逑直驱式控制系统的相位很小，由图２．５可以得知，对于Ｌ（？Ｕ0的全部频率逡逑范围内，在相频特性曲线－１８０°以上没有出现正负穿越，且图中的幅值裕度为逡逑３９．５ｄＢ，相位裕度几乎为９０°邋，这证明了直驱式控制系统能够稳定的工作。逡逑２．５本章小结逡逑本章首先介绍了，合理的为试验机选择控制系统，即直驱式控制系统。然后逡逑说明了该系统对电机与液压泵的要求，之后分别对交流伺服电机与泵控缸部分进逡逑行数学建模。最后得到直驱式控制系统整体的数学模型，并进行了仿真分析，证逡逑明了该系统的稳定性。逡逑１９逡逑

逑能，便是电气控制部分的核心任务。逡逑如图３．１，为电气控制原理图：逡逑逦逦速度反馈逦＿逡逑ｔ发出指令ｊ＾邋逦Ｋ３号放大Ｉ逦逦邋逦１邋势逡逑ｉ｜邋－逦运动控制卡＾驱动器一＾￣＾伺服电机一＞邋定量泵—ｇ逡逑１逦ｒｉ￣￣￣ｒ［Ｓ逡逑逦位移传感器＜逦逡逑图３．１电器设计方案原理图逡逑３．２．１伺服电机的选型逡逑交流电机的种类很多，在生活中应用的也十分广泛。第二章己经介绍过直流逡逑电机与交流电机的区别，以及同步电机与异步电机的区别，这里将不再赘述。直逡逑驱式控制系统的控制核心便在于控制电机，所以系统的控制精度高低很大程度上逡逑取决于对电机控制的情况，而伺服电机是所有电机里调速精度最高的一种电机。逡逑对于交流伺服电机而言，其在工业上的分类主要是依据功率的大小，分为大型、逡逑中型以及小型电机＇在电机选型过程中，需要注意的是实验室的电压问题，所逡逑以在满足实验以及额定转速需要的同时，应该尽可能选择低功率的电机。如图逡逑３．２便是大型、中型、小型电机的实物图。逡逑图３．２伺服电机逡逑

【参考文献】

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本文编号：2772650