液压角振动台专用摆动马达设计及控制策略的研究

发布时间：2017-08-29 15:26

  本文关键词：液压角振动台专用摆动马达设计及控制策略的研究

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【摘要】：随着工程技术的发展，航空航天、船舶、核工业等前沿领域的产品对其性能要求也越来越高，振动环境实验及其相关实验设备得到了广泛关注。液压角振动台具有力矩输出能力强，自动化程度高，，控制精度好等诸多优点。在飞行器的结构零件、传感器等元器件的振动环境实验领域有着不可替代的优势。因此研发一款基于摆动液压马达的单轴角振动台，对提高我国工业及国防实力有着重要的意义。 本文首先针对目前摆动马达在高频工况下寿命低，摩擦力矩大无法满足振动台使用要求的问题，提出了一种新型专门用于角振动台的四叶片摆动液压马达的结构模型，该马达使用静压支承技术和间隙密封。并针对马达的静压轴承刚度、泄漏特性、摩擦力矩等方面进行分析，证明其具有高频宽，低摩擦，寿命高，输出力矩大等优点，适合在高频振动工况长时间工作。 液压振动台的实质是以位置伺服控制为基础实现加速度信号控制。为了提高伺服控制系统的性能，本文采用三状态控制提高系统的阻尼比和频宽，利用Simulink对该控制算法进行验证，在合理配置控制器参数后系统的指标得到了很大的提升。采用跟踪微分器解决了角位置信号微分后信号失真的问题，得到了较准确的角加速度信号。在位置闭环控制的基础上，采用迭代学习控制实现了振动台的加速度控制，通过对输入信号的调节能够使输出信号很好地复现目标信号，解决了幅值衰减问题。 最后利用系统辨识得到实际系统参数，根据上述参数配置三状态控制器实现系统位置闭环控制，再引入迭代学习控制实现了系统的加速度信号控制。通过C++Builder开发控制软件，完成了定频正弦振动实验。结果表明采用三状态控制和迭代学习控制对液压角振动台的加速度闭环控制有着很好的效果。
【关键词】：角振动台 摆动马达 静压支承 三状态控制 迭代学习控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题来源及研究意义9-10
• 1.2 电液伺服振动台的发展历程10-13
• 1.3 电液伺服液压角振动台的关键技术13-14
• 1.4 课题主要研究内容14-15
• 第2章 静压支承摆动液压马达的结构设计15-42
• 2.1 引言15-16
• 2.2 摆动液压马达的基本结构尺寸设计16-18
• 2.3 流体静压支承轴承的设计18-29
• 2.3.1 静压支承技术的原理18-19
• 2.3.2 毛细管节流器的原理及设计19-20
• 2.3.3 静压向心轴承的设计20-25
• 2.3.4 静压推力轴承的设计25-28
• 2.3.5 静压轴承节流比优化及性能分析28-29
• 2.4 摆动液压马达的结构方案29-31
• 2.5 摆动马达泄漏分析31-36
• 2.5.1 摆动液压马达的泄漏途径31-32
• 2.5.3 摆动马达的径向泄漏32-33
• 2.5.4 摆动液压马达的端面泄漏33-34
• 2.5.5 摆动液压马达关键尺寸公差与泄漏34-36
• 2.6 摆动液压马达摩擦力分析36-38
• 2.7 摆动液压马达静力学分析及模态分析38-41
• 2.7.1 轴的扭转刚度分析38-39
• 2.7.2 转子装配体的模态分析39-40
• 2.7.3 摆动液压马达装配体的静力学分析40-41
• 2.8 小结41-42
• 第3章 液压伺服系统建模及三状态控制器的设计42-61
• 3.1 引言42
• 3.2 电液位置伺服系统数学模型的建立42-48
• 3.2.1 伺服阀口线性化流量方程43
• 3.2.2 摆动马达流量连续性方程43
• 3.2.3 摆动马达和负载的力矩平衡方程43-44
• 3.2.4 阀控液压马达的传递函数44-45
• 3.2.5 电液伺服阀的传递函数45
• 3.2.6 伺服放大器的传递函数45
• 3.2.7 阀控摆动马达位置伺服系统传递函数45-46
• 3.2.8 电液位置伺服控制系统的仿真46-48
• 3.3 非线性跟踪微分器的设计48-50
• 3.3.1 经典微分器的“噪声放大”效应48-49
• 3.3.2 非线性跟踪微分器及其仿真49-50
• 3.4 参考信号发生器50-51
• 3.5 三状态控制器的设计51-60
• 3.5.1 三状态控制原理51-52
• 3.5.2 利用根轨迹法配置三状态控制器52-58
• 3.5.3 三状态控制器的性能分析58-60
• 3.6 小结60-61
• 第4章 电液伺服角振动台的加速度迭代学习控制61-69
• 4.1 引言61
• 4.2 迭代学习控制的原理61-65
• 4.2.1 迭代学习控制的基本原理61-62
• 4.2.2 开环与闭环迭代学习控制62-63
• 4.2.3 PID 型迭代学习律及其主要问题63-64
• 4.2.4 离散型迭代学习控制的计算步骤64-65
• 4.3 迭代学习控制算法仿真65-68
• 4.3.1 Simulink-Matlab 仿真模型65
• 4.3.2 仿真曲线分析65-68
• 4.4 小结68-69
• 第5章 单轴液压角振动台控制实验69-81
• 5.1 引言69
• 5.2 实验系统组成及工作原理69-72
• 5.2.1 系统硬件组成69-70
• 5.2.2 控制程序设计70-72
• 5.3 液压角振动台伺服控制系统性能实验72-74
• 5.3.1 系统瞬态响应性能实验72-73
• 5.3.2 系统频率特性实验73-74
• 5.4 跟踪微分器实验74-75
• 5.5 系统辨识实验75
• 5.6 三状态控制实验75-79
• 5.7 迭代学习控制实验79-80
• 5.8 小结80-81
• 结论81-82
• 参考文献82-86
• 攻读学位期间发表的学术论文86-88
• 致谢88

【参考文献】

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本文编号：754057