基于LuGre模型的比例多路阀摩擦力分析与颤振补偿

发布时间：2017-10-10 23:08

  本文关键词：基于LuGre模型的比例多路阀摩擦力分析与颤振补偿

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【摘要】：负载敏感比例多路阀具有结构紧凑、多执行机构负载实现独立控制、管路连接方便等优点，已经在工程机械液压系统领域得到了广泛的应用。摩擦力会对负载敏感比例多路阀的性能产生很大的影响，是造成阀芯卡涩卡滞，低速爬行，流量滞环大，微动特性差等现象的主要原因；尤其在低速时表现出强烈的非线性，，在阀芯开启、关闭以及阀芯转向时摩擦力的影响最为严重。因此随着负载敏感比例多路阀性能的不断提高，对摩擦力环节的研究就变得越来越重要。 课题以国产某型号负载敏感比例多路阀为研究对象，主要完成以下几方面工作： 首先，课题基于摩擦力的实验研究，对摩擦力特性进行分析。依托国内某公司电液比例多路阀多功能试验台搭建负载敏感比例多路阀的实验系统，针对各油口的压力特性、阀芯位移特性、主阀流量滞环、阀芯微动特性等进行了实验研究。通过实验测试数据进行摩擦力的离线间接计算，建立摩擦力与阀芯运动速度之间的关系。 其次，摩擦力LuGre模型能够精确描述负载敏感比例多路阀摩擦力的动静力特性，因其模型具有高度非线性，课题重点进行了模型参数辨识。针对LuGre摩擦模型，利用实验测试数据，通过Stribeck曲线，提出采用遗传算法对模型参数进行辨识。 最后，介绍了系统辨识理论的基本原理，应用系统辨识理论建立了以电流为控制输入信号，阀芯的位移为输出的负载敏感比例多路阀系统辨识模型。根据基于固定参数的LuGre摩擦模型进行补偿理论，利用LuGre摩擦建立摩擦观测器进行摩擦力补偿仿真研究，验证辨识的LuGre摩擦模型的有效性。针对摩擦力补偿的实验研究，在输入信号中叠加一高频低幅的颤振信号，通过选择合理的颤振信号实现对负载敏感比例多路阀的摩擦力进行有效补偿。
【关键词】：负载敏感比例多路阀 LuGre模型 参数辨识 Stribeck曲线 系统辨识 颤振信号 摩擦力补偿
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137.52
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 负载敏感比例多路阀国内外研究现状12-13
• 1.2.1 负载敏感比例多路阀国外研究现状12
• 1.2.2 负载敏感比例多路阀国内研究现状12-13
• 1.3 摩擦与摩擦模型的分析13-19
• 1.3.1 摩擦机理分析13-14
• 1.3.2 摩擦特性研究14-16
• 1.3.3 摩擦建模研究16-19
• 1.4 摩擦补偿研究19-21
• 1.4.1 基于模型的补偿方法19-20
• 1.4.2 不依赖模型的补偿方法20
• 1.4.3 基于智能控制策略的补偿方法20-21
• 1.5 课题的选取及主要研究内容21-23
• 1.5.1 课题来源21
• 1.5.2 课题研究意义21
• 1.5.3 课题主要研究内容21-23
• 第2章 负载敏感比例多路阀摩擦力特性的实验研究23-38
• 2.1 实验测试平台的搭建23-26
• 2.1.1 液压测试系统原理及组成23-26
• 2.1.2 LabVIEW 软件测试平台介绍26
• 2.2 实验方案26-29
• 2.2.1 实验步骤26-27
• 2.2.2 LabVIEW 测试程序设计27-29
• 2.3 实验研究29-37
• 2.3.1 出厂阀特性的实验研究29-32
• 2.3.2 更换阀芯的实验特性研究32-35
• 2.3.3 更换密封材料的实验特性研究35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 负载敏感比例多路阀摩擦力的理论计算38-48
• 3.1 实验数据的去噪38-41
• 3.1.1 数据去噪原理38-39
• 3.1.2 小波消噪的具体实现过程39-41
• 3.2 多路阀理论计算41-46
• 3.2.1 驱动力计算41-43
• 3.2.2 内、外弹簧作用力计算43
• 3.2.3 稳态液动力计算43-46
• 3.2.4 质量力计算46
• 3.3 摩擦力的计算46-47
• 3.3.1 摩擦力计算46
• 3.3.2 摩擦力与运动速度之间的关系46-47
• 3.3.3 摩擦力与阀芯运动位移之间的关系47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 基于 LuGre 摩擦力模型的参数辨识48-60
• 4.1 LuGre 模型概述48-50
• 4.2 LuGre 模型静态参数辨识50-57
• 4.2.1 基于最小二乘法的静态参数辨识50-52
• 4.2.2 基于遗传算法的摩擦模型静态参数辨识52-57
• 4.3 LuGre 摩擦模型动态参数辨识57-58
• 4.4 总结58-60
• 第5章 摩擦力补偿方法的研究60-89
• 5.1 负载敏感比例多路阀数学模型搭建60-66
• 5.1.1 负载敏感比例多路阀各环节数学模型分析60-64
• 5.1.2 传递函数的推导及简化64-65
• 5.1.3 数学模型有关参数的设计计算65-66
• 5.2 负载敏感比例多路阀模型辨识66-73
• 5.2.1 模型辨识原理分析66-67
• 5.2.2 负载敏感比例多路阀模型辨识步骤67-69
• 5.2.3 基于 MATLAB 系统辨识的实现69-73
• 5.3 摩擦力补偿的仿真研究73-79
• 5.3.1 基于 LuGre 模型的摩擦力状态观测器研究73-76
• 5.3.2 摩擦力补偿的仿真分析76-79
• 5.4 颤振激励的摩擦力实验研究79-88
• 5.5 本章小结88-89
• 结论89-91
• 参考文献91-96
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果96-97
• 致谢97-98
• 作者简介98

【参考文献】

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本文编号：1009110