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过滤器性能测试系统研制

作　者: 邵勇
导　师: 周华
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 过滤器性能测试系统多次通过试验油液污染在线监测油液温度控制参数自整定模糊PID PLC
分类号: TH137
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

过滤器是液压系统中用以控制油液污染度的重要元件,它的作用是滤除油液中的固体颗粒污染物,使油液的污染度控制在关键液压元件能够耐受的限度以内,以保证液压系统的工作可靠性和延长元件的寿命。由于过滤产品暴露的质量问题比较严重,与发达国家产品相比差距很大,过滤产品性能试验日益引起用户及生产厂家的重视。因此,建立过滤器性能测试系统具有重要的现实意义。研制过滤器性能测试系统,不仅能够为开展影响过滤性能因素的研究提供条件保障,同时对液压系统油液颗粒浓度的分析与在线监测以及高精度油温控制技术的深入研究将促使液压系统性能提高。本论文研制了一套过滤器性能测试系统,用于对液压过滤器进行多次通过试验、压降流量特性试验以及滤芯抗流动疲劳特性试验,评定过滤器的各项性能指标,包括过滤精度、压降流量特性、纳污容量以及滤芯的抗流动疲劳特性。论文的主要内容如下：第一章,以国内外文献为基础,分别介绍了过滤器性能测试技术的国内外现状,以及过滤器性能测试试验台的国内外研究进展。简要介绍了研制过滤器性能测试系统的难点问题,阐述了课题的目的与意义、主要研究内容及难点。第二章,从功能需求出发,对过滤器性能测试系统进行了总体设计,包括系统技术指标及评定参数分析、液压回路原理设计和优化、系统技术要求分析以及关键液压元件的选型与设计。针对于设计制造过程中的几个关键技术,油路中试验颗粒的沉降以及尺寸改变问题、试验装置的全电脑控制以及共同试验基准的保证问题,对其进行了阐述并给出了解决方案。第三章,设计开发了过滤器性能测试监测控制系统,包括测控系统信号汇总、上下位机选型、PLC实时监控系统软件设计以及上位机软件设计。PLC实时测控系统软件可以分为四个模块：通讯模块、数据采集模块、数据处理及过程控制模块(含相关控制算法)以及安全保护模块等。上位机软件实现了人机交互界面设计、基于DataSocket技术与OPC服务器通讯、数据处理、试验数据库管理以及试验报表创建等功能。第四章,结合过滤器性能测试系统的结构特点,建立液压系统颗粒污染控制模型,对影响油液颗粒浓度的因素进行了分析,得出滤器上游颗粒浓度维持稳定的条件为保持稳定的系统油液体积。在过滤器性能测试试验台上,开发了油液颗粒浓度在线监测系统,并进行了油液颗粒浓度控制试验。模型计算与试验结果比较表明,两者的趋势基本一致,在一段时间后,滤器上游的颗粒浓度均能够达到平衡状态,且在各个试验点上都非常接近,说明污染控制模型推导过程中所作的假设是合理的,可以用于液压系统颗粒污染物浓度变化的预测和监控。但是在达到平衡状态的时间上,两者相差很大。在保持系统油液体积稳定的情况下,微调污注流量,能够很快地使滤器上游颗粒浓度维持在平衡值附近,快速地满足试验的要求。第五章,针对过滤器性能测试液压系统建立了温度被控对象以及三通比例水阀的数学模型。液压系统油温控制对象是典型的一阶滞后环节,具有大惯性、大滞后以及参数时变等特点。在此基础上,提出了基于参数自整定PID的油液温度控制策略,并在MATLAB/SIMULINK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。仿真结果显示,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,油温静态误差小,且控制器具有不依赖系统模型,对系统时变参数不敏感等优点。将模糊推理规则构造成查询表,存储在PLC中,通过简单的查表与插值计算实现参数自整定模糊PID算法。在过滤器性能测试试验台上进行了油液温度控制试验,变工况下,液压系统油液温度能有效控制在40±2℃范围内。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  4-5
摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-11
第1章绪论  11-21
  1.1 过滤器性能测试技术国内外研究发展概况  11-14
    1.1.1 国外过滤器性能测试技术发展现状  11-13
    1.1.2 国内过滤器性能测试技术发展现状  13-14
  1.2 过滤器性能测试系统的难点问题  14-19
    1.2.1 油液颗粒浓度分析与在线监测  14-15
    1.2.2 高精度油液温度控制  15-19
  1.3 课题的目的与意义  19-20
  1.4 课题主要研究内容  20
  1.5 本章小结  20-21
第2章过滤器性能测试试验台的液压系统设计  21-35
  2.1 系统技术指标及评定参数  21
  2.2 系统总体设计  21-26
  2.3 系统技术要求  26-27
  2.4 液压元件的选型与设计  27-31
    2.4.1 系统管网设计计算  27-29
    2.4.2 试验油箱设计计算  29
    2.4.3 试验泵的选型  29
    2.4.4 电机及变频器选型  29-30
    2.4.5 污染注入泵的选型  30
    2.4.6 污注系统循环泵选型  30
    2.4.7 冷却器设计计算  30-31
  2.5 难点及解决方案  31-34
  2.6 本章小结  34-35
第3章测控系统设计与开发  35-50
  3.1 测控系统的基本结构  35-36
  3.2 测控系统主要硬件配置  36-37
    3.2.1 测控系统信号汇总  36
    3.2.2 测控系统上下位机选型  36-37
  3.3 PLC实时测控系统软件设计  37-44
    3.3.1 通讯模块的设计  38-40
    3.3.2 数据处理及过程控制模块设计  40-44
  3.4 上位机软件设计  44-49
    3.4.1 软件界面设计  45-47
    3.4.2 应用程序与SIMATIC NET OPC服务器通讯  47-48
    3.4.3 试验数据库管理  48-49
    3.4.4 试验报表创建  49
  3.5 本章小结  49-50
第4章油液颗粒浓度分析与控制  50-65
  4.1 油液颗粒污染控制模型  50-53
    4.1.1 液压元件对系统油液污染度的影响  50-51
    4.1.2 液压系统颗粒污染控制模型  51-53
  4.2 油液颗粒污染控制试验分析  53-64
    4.2.1 试验硬件系统  53-54
    4.2.2 系统油液体积稳定分析  54-56
    4.2.3 油液颗粒浓度在线监测系统  56-60
    4.2.4 试验结果分析  60-64
  4.3 本章小节  64-65
第5章液压系统油液温度控制  65-90
  5.1 温度被控对象的数学模型  65-70
    5.1.1 温度被控对象的热力学模型  66-68
    5.1.2 模型参数确定  68-70
  5.2 三通比例水阀的数学模型  70-73
    5.2.1 传递函数分析  70-72
    5.2.2 传递函数参数确定  72-73
  5.3 参数自整定模糊PID算法设计  73-78
    5.3.1 控制器结构  73
    5.3.2 模糊调整PID参数规则  73-74
    5.3.3 参数自整定模糊PID控制器设计  74-78
  5.4 油温控制系统仿真分析  78-83
    5.4.1 常规PID控制仿真  78-79
    5.4.2 参数自整定模糊PID控制仿真  79-83
  5.5 油液温度控制试验分析  83-89
    5.5.1 试验硬件系统  83
    5.5.2 油液温度控制算法的实现  83-88
    5.5.3 试验结果分析  88-89
  5.6 本章小结  89-90
第6章总结与展望  90-92
  6.1 论文总结  90-91
  6.2 工作展望  91-92
参考文献  92-98
攻读硕士学位期间科研成果  98

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