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大流量液压源恒温恒压控制及油液弹性模量研究

作　者: 王静
导　师: 杨华勇；龚国芳
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 对接机构综合试验台运动模拟器油液温度控制油液弹性模量在线测量大流量液压源压力控制参数自整定模糊PID控制 PLC AMESim仿真
分类号: TH137
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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引　用: 3次
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内容摘要

液压传动与控制系统具有抗负载的刚度大、执行器的功率-重量比大的突出优点,已广泛地应用在各个领域中。随着对液压系统的功率和响应时间的要求不断提高,如何提高液压系统的性能一直是一个学科研究的热点问题。液压控制系统的频宽主要受液压动力机构的限制,即为液压固有频率ω_h和液压阻尼比ξ_h所限,而系统的稳定性也需要用足够大的ω_h和ξ_h值来保证。油液的弹性模量决定着液压固有频率,油液的粘度直接影响液压阻尼比。而油液的弹性模量是一个很难确定的量,油液的粘度随温度变化非常明显,一直是一个理论分析与计算的软参数。本文以对接机构综合试验台运动模拟器液压控制系统为选题,着重对油液弹性模量的在线测量和大功率液压系统的油液温度控制进行了研究。油液弹性模量的在线测量中,定义法是一种最直接最可靠的方法。论文从提高定义法的测量精度入手,提出了从测试腔直接提取测量信息的方法,以克服摩擦力的干扰,针对油液弹性模量的影响因素多、测量值变化大不稳定的特点,系统而全面的分析了测试腔形变、泄漏、压缩升温等的影响并采取措施减少其对测量值的干扰,测量精度达到3%。利用该测量装置首次实验研究了系统进气前后和系统抽真空前后油液弹性模量变化,间接反映出油液含气量的变化。针对油温控制纯滞后、参数时变的特点,提出了一套油温控制的方法,利用三通比例水阀分水原理控制通过回油板式换热器的冷却水流量并结合参数自整定模糊PID控制算法精确控制油液温度,仿真和实验结果表明系统油温稳定在45±1℃范围内。对大通径插装阎控制供油压力的稳态特性和动态特性进行的仿真和实验研究,得到了参数变化对性能指标的影响规律,为提高大流量液压源供油压力的性能指标提供了参考依据。论文主要研究内容如下:第一章,介绍了空间交会对接及其仿真技术国内外研究发展概况和大型装备液压系统集成技术国内外发展现状。阐述了油液弹性模量测量和油液温度控制的研究现状。提出了本课题的研究内容以及完成论文所要进行的研究工作。第二章,简要介绍了对接机构综合试验台的结构及组成。设计了运动模拟器液压系统,包括动力机构和液压源两大部分的组成、原理和主要参数等。针对液压源设计中的几个关键技术,油温控制、抽真空除气、油液弹性模量测量和供油压力调节,给出了解决方案并对其原理进行了阐述。第三章,在建立油液弹性模量的理论模型基础上,对影响油液弹性模量的因素进行了分析。详细分析了油液弹性模量测量装置的精度问题。对掺混气体对油液弹性模量的影响、混气油液弹性模量随压力的变化以及油温对油液弹性模量的影响进行了实验研究。并对测量系统压力波动、测量压力以及泄漏量和气泡溶解度对测量结果的影响进行了实验分析。第四章,在建立温度被控对象的数学模型的基础上,分析了油液温度控制的难点,提出了基于参数自整定模糊PID的油液温度控制策略,并进行了参数自整定模糊PID控制器的设计以及油液温度控制的仿真分析。在对接机构综合试验台运动模拟器液压源设备上进行了油液温度控制实验。仿真和实验结果显示,采用参数自整定模糊PID控制算法对液压系统油液温度进行控制,油温稳定在45±1℃范围内。第五章,利用AMESim建立了压力控制插装阀的仿真模型。通过分析选择了几个与压力控制稳态特性相关的参数进行仿真研究。并对主阀芯弹簧、主阀前腔容积、导阀弹簧和阻尼对压力动态特性的影响进行了仿真分析。在对接机构综合试验台运动模拟器液压源设备上进行了压力控制实验。第六章,概括了全文的主要研究工作和成果,并展望了今后需进一步研究的工作和方向。

全文目录

致谢  5-7
摘要  7-9
Summary  9-11
目次  11-15
1 绪论  15-46
  1.1 空间交会对接及其仿真技术国内外研究发展概况  15-19
    1.1.1 国外交会对接技术发展现状  16-17
    1.1.2 我国交会对接技术的发展概况  17
    1.1.3 交会对接仿真技术发展现状  17-19
  1.2 对接机构综合试验台总体方案  19-22
  1.3 液压源对运动模拟器性能的影响  22-24
  1.4 运动模拟器高性能液压源的若干关键技术  24-42
    1.4.1 高精度油液温度控制技术  24-34
    1.4.2 油液弹性模量测量技术  34-40
    1.4.3 供油压力控制技术  40-42
  1.5 课题的背景及研究意义  42-44
  1.6 课题主要研究内容  44-45
  1.7 课题研究难点  45-46
2 对接机构综合试验台运动模拟器液压系统设计  46-76
  2.1 对接机构综合试验台结构及组成  46-50
  2.2 运动模拟器液压系统设计  50-75
    2.2.1 伺服阀控液压缸及配油系统  50-54
    2.2.2 液压源  54-61
    2.2.3 油温控制系统设计  61-68
    2.2.4 抽真空除气系统设计  68-70
    2.2.5 油液弹性模量测量系统设计  70-73
    2.2.6 供油压力调节系统设计  73-75
  2.3 本章小结  75-76
3 油液弹性模量的研究与在线测量  76-118
  3.1 影响油液弹性模量的因素分析  76-84
    3.1.1 油液弹性模量的理论模型  76-79
    3.1.2 掺混气体对油液弹性模量的影响  79-81
    3.1.3 油温对油液弹性模量的影响  81-82
    3.1.4 混气油液弹性模量随压力变化的情况  82-84
  3.2 油液弹性模量测量误差分析  84-99
    3.2.1 测试腔形变  84-87
    3.2.2 传感器精度  87-88
    3.2.3 压缩升温  88-92
    3.2.4 测试腔泄漏  92-93
    3.2.5 影响测量的其它因素  93-99
  3.3 油液弹性模量测量装置的改造  99-105
    3.3.1 油液弹性模量在线测量的作用  99-102
    3.3.2 油液弹性模量测量装置的改造  102-105
  3.4 油液弹性模量实验分析  105-116
    3.4.1 掺混气体对油液弹性模量的影响实验  105-109
    3.4.2 混气油液弹性模量随压力的变化实验  109-112
    3.4.3 油温对油液弹性模量的影响实验  112
    3.4.4 测量系统压力波动对油液弹性模量测量的影响实验  112-114
    3.4.5 测量压力对测量时间的影响实验  114-115
    3.4.6 泄漏量或气泡溶解对油液弹性模量测量的影响实验  115-116
  3.5 本章小结  116-118
4 液压系统高精度油液温度控制  118-153
  4.1 温度被控对象的数学模型  118-125
  4.2 基于参数自整定模糊PID的油液温度控制  125-142
    4.2.1 参数自整定模糊PID的原理及特点  126-129
    4.2.2 参数自整定模糊温度控制器设计  129-137
    4.2.3 油液温度控制仿真分析  137-142
  4.3 油液温度控制实验分析  142-151
    4.3.1 实验硬件系统  142-143
    4.3.2 油液温度控制算法的实现  143-148
    4.3.3 实验结果分析  148-151
  4.4 本章小结  151-153
5 液压系统压力控制及动态分析  153-169
  5.1 压力控制插装阀仿真模型  153-155
  5.2 压力控制性能仿真分析  155-165
    5.2.1 压力控制稳态特性分析  157-162
    5.2.2 主阀芯弹簧对压力动态特性的影响  162
    5.2.3 主阀前腔容积对压力动态特性的影响  162-163
    5.2.4 导阀弹簧对压力动态特性的影响  163
    5.2.5 阻尼对压力动态特性的影响  163-165
  5.3 压力控制实验分析  165-167
  5.4 本章小结  167-169
6 结论及展望  169-173
  6.1 论文总结  169-172
  6.2 工作展望  172-173
参考文献  173-180
作者简历及在学期间所取得的科研成果  180

大流量液压源恒温恒压控制及油液弹性模量研究

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