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2D数字阀的静动态特性及死区非线性补偿研究

作　者: 张啟晖
导　师: 李胜
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 2D数字伺服阀静态特性动态特性死区颤振补偿
分类号: TH137.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着电液控制系统的飞速的发展,数字阀作为电液控制系统中的重要组成元件,对其的研究越来越深入了。在国外,数字阀已成为系列化的产品,投入到生产中了,而国内对数字阀的研究起步较晚,技术还很不成熟,因此本论文对2D数字阀的研究,在工程应用中具有重要实际的意义以及理论价值。本论文结合2D数字伺服阀,对其静动态特性进行了实验研究,结果表明,数字阀静态工作时,阀芯转角输入与轴向位移输出基本成线性;在动态工作下,阀的阶跃响应时间最快可达到8.2ms,在最大阀开口25%幅值下正弦信号输入,幅频特性为-3dB对应的频宽约为65Hz。但因数字阀的阀芯同阀口的正遮盖所形成的流量死区,对电液控制系统的性能和精度产生了不利的影响。本论文采用对输入信号叠加颤振的方法,对数字阀的死区非线性进行补偿,建立数字阀控系统的数学模型并对其仿真分析,形成理论的依据,再搭建起实验平台,结果表明,对数字阀的输入叠加高频颤振信号,可以实现对死区非线性的补偿。本文各章内容如下:第一章,介绍了数字阀的特点;并阐述了国内外对数字阀研究;然后概述了非线性液压系统和电液控制技术;最后列出本课题的研究背景、意义和内容。第二章,对2D数字阀的三维模型的建立采用了基于CATIA环境下的模块化设计。第三章,建立了2D数字阀的数学模型,搭建2D数字阀特性的实验平台,对其静动态特性进行了实验研究。第四章,对死区非线性的特性进行了数学分析,并且分析2D数字伺服阀死区非线性产生的原因,对颤振补偿机理进行简要的分析,建立了2D数学阀控液压缸的数学模型,对接下来的实验做准备。搭建了死区非线性实验平台,对2D数字伺服阀的死区非线性以及其颤振补偿进行了实验的研究。分析实验后得到的数据,得出颤振补偿的实验结论。第五章,针对本论文的研究内容,进行了总结,并对进一步的研究提出展望。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-25
  1.1 引言  11
  1.2 电液控制技术概述  11-15
    1.2.1 电液伺服控制  12-13
    1.2.2 电液比例控制  13-14
    1.2.3 数字液压控制  14-15
    1.2.4 电液控制技术的发展趋势  15
  1.3 数字阀概述  15-20
    1.3.1 数字阀的特点  15-16
    1.3.2 数字阀的国内外研究现状  16-20
  1.4 非线性液压控制系统概述  20-22
    1.4.1 概述  20
    1.4.2 死区非线性的国内外研究现状  20-22
  1.5 本课题研究的背景、意义和内容  22-24
    1.5.1 研究的背景  22-23
    1.5.2 研究的意义  23
    1.5.3 研究的内容  23-24
  1.6 本章小结  24-25
第2章 2D 数字阀的模块化设计  25-38
  2.1 引言  25
  2.2 模块化设计  25-28
  2.3 基于CATIA 的2D 数字阀模块化设计  28-31
    2.3.1 2D 数字阀的几何模型  28-30
    2.3.2 2D 数字阀整体分析及模块划分  30-31
    2.3.3 2D 数字阀的工作原理  31
  2.4 创建模块几何模型  31-37
    2.4.1 数字阀  31-33
    2.4.2 齿轮传动副  33-35
    2.4.3 电机械转换器  35
    2.4.4 设计件  35-36
    2.4.5 常用件  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第3章 2D 数字阀的静动态特性  38-63
  3.1 引言  38
  3.2 2D 数字阀静态特性  38-44
    3.2.1 2D 数字阀的主阀数学模型  38-42
    3.2.2 理想零开口2D 数字阀的静态流量特性  42-43
    3.2.3 2D 数字阀的空载流量特性  43-44
  3.3 2D 数字阀导控级的数学模型  44-50
  3.4 2D 数字阀的特性分析  50-56
    3.4.1 阀芯输入角位移与其轴向位移的关系  50-51
    3.4.2 2D 数字阀导控级的传递函数  51-53
    3.4.3 2D 数字阀的仿真分析  53-56
  3.5 2D 数字伺服阀的静动态特性实验研究  56-62
    3.5.1 2D 数字阀静态特性实验研究  57-58
    3.5.2 2D 数字阀动态特性实验研究  58-62
  3.6 本章小结  62-63
第4章 2D 数字伺服阀的死区补偿  63-76
  4.1 引言  63
  4.2 死区非线性的特性  63-65
  4.3 死区非线性的描述函数  65-67
  4.4 阀芯死区特性的产生原因  67
  4.5 颤振补偿机理的简要分析  67-68
  4.6 死区非线性颤振补偿的仿真分析  68-72
    4.6.1 理论基础  68-70
    4.6.2 仿真分析  70-72
  4.7 死区特性的实验研究  72-75
    4.7.1 颤振补偿死区实验系统  72-73
    4.7.2 死区非线性颤振补偿的实验研究  73-75
  4.8 本章小结  75-76
第5章总结与展望  76-78
  5.1 论文总结  76-77
  5.2 后续展望  77-78
参考文献  78-81
致谢  81-83
攻读学位期间参加的科研项目和成果  83

2D数字阀的静动态特性及死区非线性补偿研究

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