大流量电液伺服插装阀先导级配置及控制策略研究

发布时间：2017-03-29 19:06

  本文关键词：大流量电液伺服插装阀先导级配置及控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：传统串联先导控制型大流量电液伺服插装阀在“大流量”与“高频响”之间普遍存在矛盾,即其频率响应能力随着额定流量增加而明显下降。近年来一些研究成果及产品表明,采用并联先导控制方案已成为解决该问题主要方法之一。传统并联先导控制方案采用先导流量同步分配及线性控制策略,虽然使主级插装阀大范围跳变能力得到提高,但其对小幅值信号激励的频率响应和稳态跟踪精度并未得到改善。在此背景下,本文以100通径并联先导控制型大流量电液伺服插装阀为研究对象,提出并联先导级分段流量分配方案和非线性控制策略。此外,以单个先导阀控制的100通径主动式大流量电液伺服插装阀为研究对象,采用非线性自适应鲁棒控制(Nonlinear Adaptive Robust Control)理论对其主级插装阀位置闭环控制进行了初步研究。 论文第一章首先在大型机电液装备对电液伺服控制系统技术指标要求越来越高的应用背景下,指出大流量电液伺服阀“大流量”和“高频响”之间普遍存在的矛盾及其技术难点。详细介绍了大流量电液伺服／比例插装阀和电液伺服控制理论的国内外研究及发展现状,明确了本课题的主要研究内容及目标。 论文第二章以100通径并联先导控制型大流量电液伺服插装阀为研究对象,对并联先导级和主级插装阀的结构及工作原理进行了详细分析,在传统先导流量同步分配方案和线性控制的基础上,提出了先导流量分段分配方案及非线性控制策略,并对其进行深入讨论和分析,确定控制参数调节和选取的一般原则。针对三种不同的先导级组成、先导流量分配方案及相应的控制策略,利用MATLAB/Simulink-AMESim虚拟样机联合仿真平台进行了定性仿真分析。仿真结果表明,本文新提出的先导流量分段分配方案及非线性控制策略可以使主级插装阀在基本不损失大幅值范围动态调整能力的前提下,有效提升其对小幅值信号激励的频率响应能力,同时改善了稳态跟踪精度。 论文第三章以单个先导阀控制的100通径主动式大流量电液伺服插装阀为研究对象,在一定简化条件下建立其数学模型,采用非线性自适应鲁棒控制理论(NARC)设计主级插装阀位置闭环控制算法,并对控制器进行了简化。基于MATLAB/Simulink和AMESim分别完成了基于S函数模型和基于AMESim虚拟样机的主级插装阀位置闭环NARC控制算法仿真分析。基于S函数模型的仿真结果证明了本文所设计的主级插装阀位置闭环NARC控制算法的理论正确性,但基于AMESim虚拟样机的联合仿真却并未取得理想的控制效果,对造成这种结果可能的原因进行了探讨和分析。 论文第四章首先简要介绍MATLAB/Simulink-xPC实时控制平台和综合试验台,并利用搭建的试验测试平台完成了100通径并联先导控制型大流量电液伺服插装阀分别采用三种不同先导级流量分配方案及控制策略的试验研究,试验结果验证了本文新提出的先导流量分段分配方案和非线性控制策略对主级插装阀稳态跟踪精度以及对小幅值信号激励频率响应能力的提高。此外还进行了单个先导阀控制的100通径大流量电液伺服插装阀主级插装阀位置闭环NARC控制算法的初步试验研究,试验结果与第三章中基于AMESim虚拟样机的主级插装阀位置闭环NARC控制算法联合仿真结果类似,即并未获得理想的控制效果。 论文第五章对本课题的研究工作进行了总结,同时指出本研究工作中的不足和存在的问题,并给出今后研究工作的重点及方向。
【关键词】：大流量电液伺服插装阀 先导级配置及控制策略 非线性自适应鲁棒控制 MATLAB/Simulink-AMESim联合仿真 MATALB/Simulink-xPC实时控制系统
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH137.5
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 目录10-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 本课题研究背景12
• 1.2 国内外研究现状12-19
• 1.2.1 大流量电液伺服阀国内外发展现状12-16
• 1.2.2 电液伺服控制理论国内外应用研究现状16-19
• 1.3 本课题研究目标及意义19-20
• 1.4 本课题研究内容20-22
• 第2章 并联先导控制型大流量电液伺服插装阀先导级配置及控制策略研究22-49
• 2.1 并联先导控制型大流量电液伺服插装阀的结构组成及工作原理22-25
• 2.1.1 先导阀结构参数及工作原理23-25
• 2.1.2 主级插装阀结构参数及工作原理25
• 2.2 并联先导级组成及先导流量分配方案25-29
• 2.2.1 并联先导级组成26
• 2.2.2 并联先导级同步流量分配方案26-27
• 2.2.3 并联先导级分段流量分配方案27-29
• 2.3 并联先导级的控制策略29-31
• 2.3.1 并联先导级线性控制策略29
• 2.3.2 并联先导级非线性控制策略29-31
• 2.4 并联先导级先导流量分配方案及控制策略小结31-33
• 2.4.1 并联先导级同步流量分配方案及线性控制策略小结31-32
• 2.4.2 并联先导级分段流量分配方案及非线性控制策略小结32-33
• 2.5 并联先导级非线性控制参数调节方法33-35
• 2.5.1 大小阀并联非线性控制参数调节方法33-34
• 2.5.2 大阀并联非线性控制参数调节方法34-35
• 2.6 并联先导控制型大流量电液伺服插装阀的仿真分析35-48
• 2.6.1 并联先导控制型大流量电液伺服插装阀的AMESim仿真模型及参数设置..36-37
• 2.6.2 并联先导级不同控制方案的Simulink仿真模型37-41
• 2.6.3 并联先导级不同控制方案的MATLAB/Simulink-AMESim联合仿真分析…41-47
• 2.6.4 并联先导级不同控制方案的主阀仿真结果分析与小结47-48
• 2.7 本章小结48-49
• 第3章 大流量电液伺服插装阀的非线性自适应鲁棒控制49-70
• 3.1 系统数学模型49-52
• 3.1.1 主级插装阀力平衡方程50
• 3.1.2 主级插装阀流量连续方程50-51
• 3.1.3 先导阀动态特性方程51
• 3.1.4 大流量电液伺服插装阀整体数学模型51-52
• 3.2 模型设计问题声明及离散映射方法52-53
• 3.2.1 模型设计及问题声明52-53
• 3.2.2 离散映射方法53
• 3.3 基于反推法的主级插装阀位置闭环NARC控制算法设计53-59
• 3.3.1 反推设计第一步53-55
• 3.3.2 反推设计第二步55-57
• 3.3.3 反推设计第三步57-59
• 3.4 主级插装阀位置闭环NARC控制器设计的主要结论及简化59-62
• 3.4.1 主级插装阀位置闭环NARC控制器设计主要结论59-60
• 3.4.2 主级插装阀位置闭环NARC控制器简化60-62
• 3.5 主级插装阀位置闭环NARC控制算法的仿真分析62-69
• 3.5.1 基于MATLAB/Simulink-S函数的仿真分析62-65
• 3.5.2 基于MATLAB/Simulink-AMESim的联合仿真分析65-68
• 3.5.3 主级插装阀位置闭环NARC控制仿真结果分析与小结68-69
• 3.6 本章小结69-70
• 第4章 大流量电液伺服插装阀的试验研究70-85
• 4.1 综合试验测试系统及试验方法简介70-75
• 4.1.1 综合试验测试系统的组成及工作原理70-73
• 4.1.2 大流量电液伺服插装阀试验方法简介73-75
• 4.2 并联先导控制型大流量电液伺服插装阀的试验研究75-82
• 4.2.1 不同控制方案的主阀阶跃响应试验研究76-79
• 4.2.2 不同控制方案的主阀滞环特性试验研究79-80
• 4.2.3 不同控制方案的主阀频率响应试验研究80-81
• 4.2.4 并联先导控制型大流量电液伺服阀试验研究小结81-82
• 4.3 单个先导阀控制的主动式大流量电液伺服插装阀主级位置闭环NARC控制初步试验研究82-84
• 4.4 本章小结84-85
• 第5章 总结与展望85-87
• 5.1 总结85
• 5.2 展望85-87
• 参考文献87-92
• 作者简介92

【参考文献】

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1 满珍;并联型先导控制电液伺服阀的数学模型及控制算法研究[D];浙江大学;2012年

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本文编号：275182