电液比例方向阀控制器设计

发布时间：2017-08-21 22:05

  本文关键词：电液比例方向阀控制器设计

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【摘要】：本课题设计的数字式比例方向阀放大器，是以AT91R40008为处理器，扩展了功率放大电路和传感器测量放大电路等比例阀的接口电路。为了减化硬件电路的设计，提高系统的可靠性，控制器各个模块都采用专用的集成芯片。软件设计上基于ARM裸机编程，提高了程序的运行效率，降低了程序冗余。此外，基于C++/MFC编写了上位机参数配置软件。 本文首先基于控制对象的技术文档对比例方向阀的特性进行了详细分析，其次拟定了电液比例控制器的相关技术指标，并基于此对控制器的硬件总体方案和软件总体方案进行了设计。介绍了控制器各个模块的硬件电路设计。主要包括了CPU模块、电源模块、模拟输入模块、功率驱动模块等。其中，功率驱动电路的性能是影响比例控制器的稳态和动态特性的关键因素，本设计采用反接卸荷式驱动电路，提高了比例电磁铁的动态响应特性。控制器软件设计包括下位机控制程序设计和上位机参数配置软件的开发。其中下位机程序基于裸机环境实现，一定程度上提高了程序的执行效率。 其次，针对反接卸荷式驱动电路的特点详细研究了电液比例控制中的颤振信号及其叠加方法，并用实验验证了其对滞环的影响。通过建模仿真和实验方法，证明了阀芯所受粘滞力在往复运动的全行程范围内，具有大小和方向变化的特性，是直接影响阀滞环大小和阶跃响应特性的关键因素，，而叠加固定颤振幅值方法难于在全行程中消除粘滞力。本文在阀位闭环控制基础上，增加颤振幅值闭环控制，将设定颤振幅值与实际幅值的偏差作为补偿器输入量，经PID运算对颤振幅值进行实时补偿，在保证阀位控制精度的基础上，大幅减小了方向阀的滞环，有效地提高了全行程的阶跃响应特性。 最后，借助浙江大学国家流体重点实验室的液压阀测试平台针对本课题研制的控制器做了大量性能测试实验，同时选取一款某型号国产控制器做了性能对比试验。结果表明，本文所研制的控制器无论是从动态响应时间还是稳态误差上都有很好的控制效果。
【关键词】：电液比例方向阀 Matlab/Simulink AT91R40008 裸机编程 颤振 双闭环控制
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137.52
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题产生的背景和研究意义9-10
• 1.2 国内外电液比例控制技术的现状10-11
• 1.3 比例放大器的组成和技术要求11-13
• 1.4 课题主要研究内容13-14
• 第2章 比例方向阀控制器方案设计14-21
• 2.1 控制对象特性分析14-16
• 2.1.1 控制对象介绍14
• 2.1.2 控制对象的特性参数分析14-15
• 2.1.3 控制对象特性曲线分析15-16
• 2.2 控制器拟定技术指标16-17
• 2.3 控制器的硬件总体方案设计17-18
• 2.4 控制器的软件总体方案设计18-21
• 2.4.1 ARM 控制程序总体方案18-19
• 2.4.2 上位机软件总体方案19-21
• 第3章 比例方向阀控制器硬件电路设计21-25
• 3.1 CPU 核心板模块21
• 3.2 电源模块21-22
• 3.3 模拟输入模块22
• 3.4 功率驱动模块22-23
• 3.5 电流采样放大模块23-24
• 3.6 A/D 转换模块24
• 3.7 位移传感器模块24
• 3.8 串口通讯模块24-25
• 第4章 比例方向阀控制器软件设计25-40
• 4.1 开发环境简介25
• 4.1.1 ADS1.225
• 4.1.2 MFC25
• 4.2 ARM 启动过程分析25-27
• 4.2.1 AT91R40008 的存储系统25-26
• 4.2.2 启动过程分析26-27
• 4.3 ARM 控制程序设计27-35
• 4.3.1 主任务程序设计28-29
• 4.3.2 A/D 采集程序设计29
• 4.3.3 PID 运算模块29-30
• 4.3.4 串口通讯模块30-35
• 4.4 上位机软件设计35-40
• 4.4.1 软件界面设计35
• 4.4.2 软件主要功能的实现35-37
• 4.4.3 接收数据程序设计37-38
• 4.4.4 发送数据程序设计38-40
• 第5章 颤振及双闭环控制研究40-53
• 5.1 基于 PWM 控制的颤振信号分析40-45
• 5.1.1 寄生颤振的理论分析40-43
• 5.1.2 寄生颤振的实验研究43-44
• 5.1.3 寄生颤振的影响因素44-45
• 5.2 独立颤振的叠加方法研究45-48
• 5.2.1 脉宽调制法叠加颤振的原理45-46
• 5.2.2 频率调制法叠加颤振的机理46-47
• 5.2.3 频率调制法叠加颤振实验47-48
• 5.3 双闭环控制策略研究48-53
• 5.3.1 电液比例方向阀阀芯受力特性48-51
• 5.3.2 方向阀双闭环控制策略51-53
• 第6章 实验及性能测试53-57
• 6.1 流量特性实验53-54
• 6.2 动态特性实验54-56
• 6.2.1 阶跃特性实验54-55
• 6.2.2 方波跟随实验55
• 6.2.3 正弦波跟随实验55-56
• 6.3 实验总结56-57
• 第7章 总结与展望57-59
• 7.1 总结57-58
• 7.2 展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-63
• 攻读学位期间的研究成果63

【参考文献】

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本文编号：715357