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电液负载模拟器理论分析与仿真研究

作　者: 汪成文
导　师: 杨洁明
学　校: 太原理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 电液负载模拟器 多余力 结构不变原理 双阀控制 AMESim
分类号: U664
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


电液负载模拟器广泛应用于机械制造、航空航天、海洋工程、武器装备以及车辆等领域。主要功能是将传统的自破坏性全实物实验转换为实验室条件下的可预测性研究,从而可以方便的检测舵机系统的技术性能指标,以达到缩短研制周期,节约研制经费,提高可靠性和成功率的目的。因此,高性能电液负载模拟器的研制具有重要的理论和实践意义。本文以对称液压缸构成的电液负载模拟器为研究对象,以抑制多余力、提高负载模拟器加载精度为研究方向,本文主要内容包括:(1)首先推导舵机和加载系统的传递函数,建立负载模拟系统的数学模型;利用Matlab分析舵机和加载系统的频率特性;基于bode图设计舵机和加载系统的控制器,在主动加载条件下进行加载仿真,验证控制器设计的有效性。(2)分析多余力产生机理及其频率特性。讨论了负载质量、连接刚度、泄露系数等参数对多余力的影响。仿真研究加载梯度、舵机运动频率及幅值对多余力的影响。基于结构不变性理论消除多余力,对速度同步补偿和考虑加速度补偿的方案进行理论分析和仿真比较。(3)分析双阀控制方案抑制多余力的原理,利用Simulink仿真比较双阀控制和速度同步补偿方案对多余力抑制效果的差别。(4)利用AMESim搭建、封装PDF控制器,搭建舵机和加载系统模型,用PID和PDF作为舵机和加载系统控制器,并利用Amesim的Design Exploration功能对控制器参数进行优化。基于双阀控制思路,在AMESim中,利用正开口流量伺服阀作为补偿阀与零开口加载阀并联,进行了多余力和动态加载仿真,结果证明此方案能有效减小启动瞬间的多余力冲击、提高加载精度。(5)提出了“基于压力反馈的双阀控制方案”。本方案具备双阀控制的优点,同时解决了实际工程中,难于提取高质量速度信号的难题,利用AMESim对此方案进行了仿真验证。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 选题意义  9
  1.2 电液负载模拟器简介  9-13
    1.2.1 电液负载模拟器的结构及工作原理  10
    1.2.2 电液负载模拟器的特点及存在的主要技术问题  10-12
    1.2.3 国内、外发展概况  12-13
  1.3 多余力抑制方案综述  13-18
    1.3.1 结构补偿方案  14-16
    1.3.2 控制补偿方案  16-18
  1.4 论文主要工作  18-19
第二章 数学模型建立及仿真参数计算  19-33
  2.1 引言  19
  2.2 舵机系统建模  19-22
  2.3 加载系统建模  22-25
  2.4 其他环节数学模型  25-28
  2.5 电液负载模拟器数学模型  28
  2.6 仿真参数计算  28-32
  2.7 本章小结  32-33
第三章 舵机与加载系统设计与多余力分析  33-47
  3.1 引言  33
  3.2 MATLAB及其SIMULINK 简介  33-34
  3.3 舵机系统分析与校正  34-36
  3.4 加载系统分析与校正  36-39
  3.5 多余力特性分析  39-44
    3.5.1 多余力定义  39
    3.5.2 多于力产生机理  39-40
    3.5.3 多余力频率特性  40-44
  3.6 多余力仿真  44-46
    3.6.1 不同加载梯度被动加载仿真  44-45
    3.6.2 不同舵机运动频率、幅值多余力仿真  45-46
  3.7 本章小结  46-47
第四章 电液负载模拟器的仿真分析  47-59
  4.1 引言  47
  4.2 结构不变性理论  47-49
  4.3 结构不变性原理在多余力抑制中的应用  49-54
    4.3.1 基于速度补偿的结构不变性理论  49-51
    4.3.2 基于速度和加速度补偿的结构不变性理论  51-54
  4.4 双阀控制方案  54-58
    4.4.1 双阀控制抑制多余力原理分析  54-56
    4.4.2 基于Matlab 双阀控制方案仿真  56-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章 基于AMESIM 的电液负载模拟器参数优化与仿真  59-77
  5.1 引言  59
  5.2 AMESIM 简介  59-62
    5.2.1 AMESim 主要功能  59-60
    5.2.2 AMESim 主要特点  60-62
  5.3 加载系统和舵机系统模型搭建与控制器参数优化  62-68
    5.3.1 伪微分（PDF）控制原理及封装  62-63
    5.3.2 舵机系统与加载系统模型搭建  63-65
    5.3.3 舵机系统和加载系统控制器参数优化  65-68
  5.4 多余力及动态加载仿真  68-69
  5.5 正开口流量补偿阀抑制多余力方案  69-73
    5.5.1 伺服阀全局负载曲线  69-72
    5.5.2 双阀补偿方案建模与仿真  72-73
  5.6 基于压力反馈的双阀补偿方案  73-76
  5.7 本章小结  76-77
第六章 总结  77-78
参考文献  78-81
致谢  81-82
攻读学位期间发表的论文  82

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 船舶机械
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