基于能量调节的电液变转速控制系统研究

发布时间：2017-05-25 19:22

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【摘要】： 电液变转速控制技术通过改变泵的转速来实现对系统的控制，由于它从动力源头实现控制，从而具有很高的节能潜力，但在实际应用中存在低速性能差、系统响应慢等问题，限制了其应用范围。 本论文提出了基于能量调节的电液变转速控制系统——在系统中设置能量调节器，结合电液节流控制技术，以统一的控制器按照能量调节的思想根据负载实际的能量需求对系统中各个环节进行控制。在能量调节的思想下，能量调节器在系统减速及低速运行时储存能量，减小能量的损失；在系统加速时释放能量，克服由于电机与泵惯量大，在加速时无法提供足够的流量的缺点，从而提高系统加速时的响应速度并提升系统效率。 论文研究了系统的运行机理、控制策略及设计原则，仿真与实验结果表明：本系统具有接近于传统的电液变转速控制系统的效率而更高于电液比例控制的节流调速系统的动态响应速度与良好的低速控制性能。 第1章以大量的国内外文献调研为基础，全面论述了节流调速和容积调速两种调速技术的控制特性和优缺点以及电液变转速技术的发展历程，重点介绍了电液变转速控制技术相比于传统液压调速技术的优势及不足，为了解决电液变转速技术的缺陷，提出了本课题所研究的基于能量调节的电液变转速控制技术，同时介绍了本课题将要用到的蓄能器在液压系统中的应用和自动控制理论的发展概况。最后，提出了本课题的方案背景、研究意义和研究的主要内容。 第2章从理论上分析了电液变转速技术的缺点及产生原因，在分析电液变转速技术的基础上提出了基于能量调节的电液变转速控制技术，通过对比和分析，选择了蓄能器储能方式的能量调节器结构，并以液压缸位置控制系统为例进行了整体结构设计，给出了基于能量调节的电液变转速液压缸控制系统的工作过程。 第3章分析了蓄能器的工作特性并建立了能量调节器的数学模型，对数学模型进行线性化得到了系统的传递函数，据此分析了蓄能器容量及预充压力对能量调节器工作特性的影响。以非线性数学模型对能量调节器进行了数值仿真，验证了能量调节器的能量调节效果，并得到了影响其控制性能的关键参数。 第4章对基于能量调节原理的电液变转速控制系统的主系统进行了数学建模，得到了主系统的非线性微分方程，结合能量调节器的数学模型，建立了整个系统的仿真模块图。根据仿真模块图通过固定某个参数的方式进行了节流调速系统和节流一变转速控制系统的仿真，仿真结果验证了第1、2章分析的两种调速技术的响应和功耗特性的正确性。对系统的数学模型进行了线性化分析，得到了系统能控、能观特性，并通过描绘根轨迹的方式得到了关键参数对系统动态性能的影响。 第5章提出了系统的总体控制方案和面向能量调节的控制策略，在此基础上设计了系统的总控制器。为了验证本系统的控制性能，与其他3种典型液压系统进行了一系列仿真对比，仿真结果验证了本系统在动态特性和能耗特性上的优越性。通过理论计算和仿真得到了蓄能器的选型原则，并得到了变频器—电动机加减速参数对系统的影响。 第6章设计了基于能量调节的电液变转速控制系统试验台，，详细介绍了试验台的液压回路、电气系统和控制软件。得到了系统的方波输入响应和正弦伯德图，通过实验曲线对系统进行了深入分析，并在同一试验台上进行了节流调速和节流—变转速复合控制实验，进行了性能对比，实验结果验证了课题设计思路的正确性。 第7章对基于能量调节电液变转速控制技术在速度系统控制中的应用进行了研究，分析了速度控制系统与位置控制系统的不同，提出了速度控制系统的控制策略，对系统进行了仿真分析和实验验证，结果表明，基于能量调节的电液变转速控制技术在速度控制方面也具有节能及快速性的优势。
【关键词】：电液变转速 能量调节 数学模型 快速性 节能 智能控制 蓄能器 效率
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM921.51
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 目录10-13
• 第1章 绪论13-41
• 1.1 传统液压调速技术简介13-16
• 1.1.1 节流调速13-14
• 1.1.2 容积调速14-16
• 1.2 电液变转速技术概述16-31
• 1.2.1 交流电机调速技术发展简介16-20
• 1.2.2 电液变转速技术发展的背景20-21
• 1.2.3 电液变转速技术的发展历史21-29
• 1.2.4 电液变转速技术的特点29
• 1.2.5 电液变转速技术的局限29-31
• 1.3 蓄能器在液压系统中的应用概述31-33
• 1.4 自动控制理论的发展33-37
• 1.4.1 模糊控制35
• 1.4.2 神经网络控制35-36
• 1.4.3 遗传算法36-37
• 1.5 本课题研究概述37-39
• 1.5.1 课题的意义37-38
• 1.5.2 课题的研究目标38-39
• 1.5.3 课题研究的主要内容39
• 1.6 本章小结39-41
• 第2章 基于能量调节的电液变转速控制系统的原理及设计41-49
• 2.1 电液变转速控制系统的局限性分析41-44
• 2.2 基于能量调节的电液变转速控制系统设计思想44
• 2.3 能量调节器的设计44-46
• 2.4 系统的结构与工作过程46-47
• 2.5 本章小结47-49
• 第3章 能量调节器的建模与分析49-69
• 3.1 蓄能器的工作特性研究49-50
• 3.2 能量调节器的数学模型50-54
• 3.2.1 蓄能器的绝热模型51
• 3.2.2 比例节流阀的数学模型51-53
• 3.2.3 溢流阀的数学模型53-54
• 3.2.4 容腔及管路的流量连续性方程54
• 3.2.5 能量调节器总数学模型54
• 3.3 能量调节器的静态性能分析54-56
• 3.4 能量调节器的动态性能分析56-59
• 3.5 能量调节器的仿真分析59-67
• 3.6 本章小结67-69
• 第4章 主系统的建模与仿真分析69-91
• 4.1 主系统的数学模型建立69-79
• 4.1.1 变频器—电动机模型70
• 4.1.2 电动机—泵模型70-71
• 4.1.3 溢流阀方程71-72
• 4.1.4 液压缸V_1腔流量连续方程72
• 4.1.5 电液比例方向阀的数学模型72-75
• 4.1.6 液压缸V_2腔流量连续方程75-76
• 4.1.7 液压缸V_3腔流量连续方程76-77
• 4.1.8 液压缸的力平衡方程77
• 4.1.9 系统仿真模块图的建立77-79
• 4.2 主系统的仿真分析79-85
• 4.2.1 节流调速系统仿真79-83
• 4.2.2 节流—变转速复合控制系统仿真83-85
• 4.3 系统模型的线性化及控制性能分析85-89
• 4.4 本章小结89-91
• 第5章 面向能量调节的控制策略研究91-125
• 5.1 总体控制方案91-92
• 5.2 面向能量调节的控制策略92-94
• 5.3 能量分析单元的设计94-100
• 5.3.1 能量分析单元的功能原理94-95
• 5.3.2 神经网络技术的应用95-100
• 5.4 系统控制器的设计100-103
• 5.5 系统的控制性能仿真103-115
• 5.5.1 阶跃响应仿真104-105
• 5.5.2 方波信号响应仿真105-109
• 5.5.3 正弦信号响应仿真109-112
• 5.5.4 系统带负载能力仿真112-115
• 5.6 蓄能器选型对系统的影响115-121
• 5.6.1 蓄能器的选型原则115-117
• 5.6.2 蓄能器容量的影响仿真117-119
• 5.6.3 蓄能器预充压力的影响仿真119-121
• 5.7 变频器—电动机参数变化对系统的影响121-123
• 5.8 本章小结123-125
• 第6章 系统的实验研究125-145
• 6.1 试验台的设计125-135
• 6.1.1 液压回路的设计125-128
• 6.1.2 电气系统的设计128-131
• 6.1.3 系统软件设计131-135
• 6.2 实验研究135-144
• 6.2.1 方波实验135-139
• 6.2.2 正弦扫频实验139-142
• 6.2.3 变频器加减速参数对系统的影响142-144
• 6.3 本章小结144-145
• 第7章 速度控制系统研究145-153
• 7.1 系统的控制策略145-147
• 7.2 系统的仿真分析147-149
• 7.3 系统的实验研究149-151
• 7.4 本章小结151-153
• 第8章 总结与展望153-157
• 8.1 论文总结153-154
• 8.2 工作展望154-157
• 参考文献157-167
• 附录1 论文数学符号说明167-171
• 附录2 攻读博士学位期间获得的成果及荣誉171-173
• 致谢173-174

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 闻德生;Tetsuhiro TSUKIJI;;Single-acting double-stator multi-pumps and multi-motors[J];Journal of Chongqing University(English Edition);2010年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王四一;SP-70型全液压顶驱系统动力学仿真分析[D];吉林大学;2012年

2 陈晋市;滑移装载机行走系统研究[D];吉林大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 刘佳东;变转速节流复合调速系统模糊控制仿真与实验研究[D];安徽理工大学;2011年

2 朱刘英;基于AMESim变转速泵控马达系统调速特性分析[D];安徽理工大学;2010年

3 陈亮;斗轮机主机俯仰直驱式液压系统静动特性及控制的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

4 葛玉柱;矿用架空乘人装置液压传动系统研究[D];中南大学;2010年

5 乐南更;变转速泵控马达调速系统关键技术研究[D];安徽理工大学;2012年

6 韩长仪;液压系统节能方法基础研究[D];东北大学;2010年

7 尹千才;长螺旋钻机大功率液压动力头研究[D];中南林业科技大学;2013年

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本文编号：394782