新型电液力加载装置的集成设计
发布时间：2021-10-20 09:29
针对阀控加载装置存在能量效率低下以及高频自激噪声等缺点的问题,研制了一种新型电液力加载装置,采用电动缸代替伺服阀作为压力放大元件,依靠改变封闭油液体积的方式产生加载压力,并通过一个半闭环结构实现加载力的控制。为解决系统性能对参数敏感的问题,采用集成设计思想,同时设计加载装置的机械和控制参数,通过求解一个多目标非线性优化问题获得最优的设计结果。实验结果验证了半闭环控制结构的可行性和集成设计方法的有效性。
【文章来源】：机械与电子. 2018,36(09)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２电动缸的一种典型结构!"#$%&’()*+,-.$
Ｊｅｑ为折算至丝杆的总惯量；Ｂｅｑ为等效黏性阻尼系数；Ｒ＝ｌ／２π为丝杆转角到平动的转换比；θｍ为电机转角；η为丝杆的机械效率；ｐ为承压筒内油压；Ａ１为活塞推杆作用面积。其中，等效转动惯量Ｊｅｑ可表示为：Ｊｅｑ＝Ｊｍｉ２＋Ｊｓ＋ｍｐｌ２（）π２（３）Ｊｍ为伺服电机转子惯量；Ｊｓ为滚珠丝杆惯量；ｍｐ为活塞推杆的质量；ｌ为丝杆导程。１．２加载液压缸模型加载液压缸的主要结构如图３所示。本文以一个刚度已知的碟簧组作为加载对象，分析加载装置的力跟踪性能。加载缸活塞与被加载物之间安装了一个传力装置，用以承受其他类型的被加载对象可能产生的转动和挠度。其他类型的加载对象将在以后的工作中加以研究，此处不再讨论。()*+’"%&!"#$"%&,-./图３加载液压缸示意加载液压缸的动力学方程为：ｐＡ２＝ｍｌ¨ｄ２＋Ｂｌ?ｄ２＋Ｆｌ，Ｆｌ＝ｋｌｄ２（４）ｍｌ为液压缸活塞和传力装置的总质量；Ｂｌ为液压缸活塞和传力装置的粘滞阻尼系数；Ｆｌ为作用于加载对象上的实际力；ｋｌ为被加载物刚度。·３４·
２０１８（９）１．３承压筒压力模型装置所采用的承压筒如图４所示。!"#$%&’()*+,-()图４承压筒示意承压筒内部的压力变化可以表示成以下形式：?ｐ＝βｅＶ０－ΔＶΔ?Ｖ＝βｅＶ０－Ａ１ｄ１＋Ａ２ｄ２（Ａ１?ｄ１－Ａ２?ｄ２）ｄ１＝Ｒθｓ，Ｖ０＝πＤ２１烅烄烆Ｌ（５）βｅ为油液的有效体积弹性模量；Ｖ０为油液初始体积；ΔＶ为油液体积改变量；Ａ２为加载液压缸的活塞面积；ｄ１为电动缸的活塞推杆位移；ｄ２为加载液压缸的活塞位移；Ｌ为活塞推杆的行程。实际上，油液的体积弹性模量会因混入空气而呈现非线性特性［６］。为了简化分析过程，可将式（５）右边的非线性环节替换为一个有界的时变系数，即βｖ＝βｅＶ０－ΔＶ∈［βｌβｕ］（６）βｌ和βｕ分别为时变系数βｖ的上界和下界。当工作压力ｐ∈［０１０］ＭＰａ时，根据文献［６］给出的计算方法可求得βｅ∈［２４０．４１６０５．３］ＭＰａ，对应的ΔＶ∈［０９．２×１０－５］ｍ３，混入空气量按０．０５％计算。由此可使原本的非线性模型转化为一个线性时变模型。Fr1A2Gsp()+--iKtste+1Fsp()Gsv()uiJsB+eqeq!m.Risd1"++"vlllAmsBsk1(++)2msBskAlllv22+2RA1PAk2lmsBsklll2++Fl-图５新型电液力加载系统的控制框图２控制器设计２．１
【参考文献】：
期刊论文
[1]舵机电液伺服加载复合控制方法研究[J]. 董胜,袁朝辉. 工程设计学报. 2013(06)
[2]电磁力与射流流场中压力脉动作用下伺服阀力矩马达谐响应分析[J]. 彭敬辉,李松晶,JACOB M Mchenya. 工程力学. 2013(02)
[3]Nonlinear Adaptive Robust Force Control of Hydraulic Load Simulator[J]. YAO Jianyonga,b, JIAO Zongxiaa, YAO Binc, SHANG Yaoxinga, DONG Wenbind a Science and Technology on Aircraft Control Laboratory, Beihang University, Beijing 100191, China b School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China c School of Mechanical Engineering, Purdue University, West Lafayette, IN 47907, USA d Beijing Aerospace Automatic Control Institute, Beijing 100854, China. Chinese Journal of Aeronautics. 2012(05)
[4]一种雷达天线伺服系统结构与控制的集成设计研究[J]. 李素兰,黄进,段宝岩. 机械工程学报. 2010(19)
[5]非线性约束优化问题的混合粒子群算法[J]. 高岳林,李会荣. 计算数学. 2010(02)
本文编号：3446665
【文章来源】：机械与电子. 2018,36(09)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图２电动缸的一种典型结构!"#$%&’()*+,-.$
Ｊｅｑ为折算至丝杆的总惯量；Ｂｅｑ为等效黏性阻尼系数；Ｒ＝ｌ／２π为丝杆转角到平动的转换比；θｍ为电机转角；η为丝杆的机械效率；ｐ为承压筒内油压；Ａ１为活塞推杆作用面积。其中，等效转动惯量Ｊｅｑ可表示为：Ｊｅｑ＝Ｊｍｉ２＋Ｊｓ＋ｍｐｌ２（）π２（３）Ｊｍ为伺服电机转子惯量；Ｊｓ为滚珠丝杆惯量；ｍｐ为活塞推杆的质量；ｌ为丝杆导程。１．２加载液压缸模型加载液压缸的主要结构如图３所示。本文以一个刚度已知的碟簧组作为加载对象，分析加载装置的力跟踪性能。加载缸活塞与被加载物之间安装了一个传力装置，用以承受其他类型的被加载对象可能产生的转动和挠度。其他类型的加载对象将在以后的工作中加以研究，此处不再讨论。()*+’"%&!"#$"%&,-./图３加载液压缸示意加载液压缸的动力学方程为：ｐＡ２＝ｍｌ¨ｄ２＋Ｂｌ?ｄ２＋Ｆｌ，Ｆｌ＝ｋｌｄ２（４）ｍｌ为液压缸活塞和传力装置的总质量；Ｂｌ为液压缸活塞和传力装置的粘滞阻尼系数；Ｆｌ为作用于加载对象上的实际力；ｋｌ为被加载物刚度。·３４·
２０１８（９）１．３承压筒压力模型装置所采用的承压筒如图４所示。!"#$%&’()*+,-()图４承压筒示意承压筒内部的压力变化可以表示成以下形式：?ｐ＝βｅＶ０－ΔＶΔ?Ｖ＝βｅＶ０－Ａ１ｄ１＋Ａ２ｄ２（Ａ１?ｄ１－Ａ２?ｄ２）ｄ１＝Ｒθｓ，Ｖ０＝πＤ２１烅烄烆Ｌ（５）βｅ为油液的有效体积弹性模量；Ｖ０为油液初始体积；ΔＶ为油液体积改变量；Ａ２为加载液压缸的活塞面积；ｄ１为电动缸的活塞推杆位移；ｄ２为加载液压缸的活塞位移；Ｌ为活塞推杆的行程。实际上，油液的体积弹性模量会因混入空气而呈现非线性特性［６］。为了简化分析过程，可将式（５）右边的非线性环节替换为一个有界的时变系数，即βｖ＝βｅＶ０－ΔＶ∈［βｌβｕ］（６）βｌ和βｕ分别为时变系数βｖ的上界和下界。当工作压力ｐ∈［０１０］ＭＰａ时，根据文献［６］给出的计算方法可求得βｅ∈［２４０．４１６０５．３］ＭＰａ，对应的ΔＶ∈［０９．２×１０－５］ｍ３，混入空气量按０．０５％计算。由此可使原本的非线性模型转化为一个线性时变模型。Fr1A2Gsp()+--iKtste+1Fsp()Gsv()uiJsB+eqeq!m.Risd1"++"vlllAmsBsk1(++)2msBskAlllv22+2RA1PAk2lmsBsklll2++Fl-图５新型电液力加载系统的控制框图２控制器设计２．１
【参考文献】：
期刊论文
[1]舵机电液伺服加载复合控制方法研究[J]. 董胜,袁朝辉. 工程设计学报. 2013(06)
[2]电磁力与射流流场中压力脉动作用下伺服阀力矩马达谐响应分析[J]. 彭敬辉,李松晶,JACOB M Mchenya. 工程力学. 2013(02)
[3]Nonlinear Adaptive Robust Force Control of Hydraulic Load Simulator[J]. YAO Jianyonga,b, JIAO Zongxiaa, YAO Binc, SHANG Yaoxinga, DONG Wenbind a Science and Technology on Aircraft Control Laboratory, Beihang University, Beijing 100191, China b School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China c School of Mechanical Engineering, Purdue University, West Lafayette, IN 47907, USA d Beijing Aerospace Automatic Control Institute, Beijing 100854, China. Chinese Journal of Aeronautics. 2012(05)
[4]一种雷达天线伺服系统结构与控制的集成设计研究[J]. 李素兰,黄进,段宝岩. 机械工程学报. 2010(19)
[5]非线性约束优化问题的混合粒子群算法[J]. 高岳林,李会荣. 计算数学. 2010(02)
本文编号：3446665
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