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液压伺服试验台动态特性分析及控制方法研究

作　者: 熊子奇
导　师: 张宏
学　校: 大连理工大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 液压伺服试验台动态特性功率键合图 20-sim软件模糊自适应PID
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

矿用轮边减速器负载端在矿车工作的时候,由于经常受到力的挤压作用,疲劳破坏现象经常发生,因此对减速器负载端的性能提出了很高的要求。所以,为了能够对其负载端的性能进行疲劳测试,需要设计一台液压伺服疲劳试验台,提供正弦波,三角波和方波以及随机波来模仿不同路面的加载系统。随着国内外液压技术水平的不断提高,人们越来越重视液压伺服试验台的动态响应特性,例如,提高试验台系统的加载力精度、减小液压冲击、改善系统的动态品质等。这就促使我们对液压伺服试验台的动态特性进行研究。具体研究内容和成果如下：(1)根据试验台技术要求,制定了液压伺服试验台的设计方案,拟定了试验台液压系统的工作原理图,并对组成系统的元件进行了计算和选型。(2)基于功率键合图的方法对液压伺服试验台液压系统及液压元件进行建模,并重点对液压元件中的先导式溢流阀进行了分析,应用20-sim软件建立系统及液压元件的仿真模型。对仿真结果与试验结果进行了对比分析,得出该液压伺服试验台及先导式溢流阀仿真模型的正确性。(3)通过对模型的仿真分析,探讨了影响液压伺服试验台加载力动态特性的一些重要因素,如系统压力、液压管路参数、负载刚度、蓄能器以及油缸泄漏系数,揭示了这些参数对系统动态特性的影响规律。同时,也对先导式溢流阀的动态性能进行了详细的分析与研究。(4)针对常规PID控制不能实时的满足变幅值、变频率的加载,达不到理想的控制精度,采用模糊自适应PID控制方法。通过仿真分析,应用模糊自适应PID控制,不仅系统的加载精度要比常规PID更高,而且满足了变幅值、变频率下PID参数的自动更新。本文主要针对液压伺服试验台动态特性和系统控制方法研究,为以后设计、改进液压伺服试验台提供理论支持,对提高试验台系统的动态性能和系统加载精度具有指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-17
  1.1 课题研究背景  10-11
  1.2 国内外液压伺服疲劳试验台研究现状  11-12
  1.3 液压系统动态特性概述  12-15
    1.3.1 液压系统动态特性发展现状  13-14
    1.3.2 动态特性研究内容及评价指标  14-15
  1.4 课题研究的意义和内容  15-16
    1.4.1 课题研究的意义  15
    1.4.2 课题研究的主要内容  15-16
  1.5 本章小结  16-17
2 液压伺服试验台液压系统设计计算  17-28
  2.1 液压伺服试验台液压系统总体方案设计  17-21
    2.1.1 设计要求和总体结构设计  17
    2.1.2 液压系统的方案设计  17-20
    2.1.3 拟定液压伺服试验台液压系统原理图  20-21
  2.2 试验台液压元件计算和选型  21-26
    2.2.1 液压缸的计算和选型  21-22
    2.2.2 伺服阀的计算和选型  22
    2.2.3 液压泵与电机的计算和选型  22-23
    2.2.4 水冷却器的计算和选型  23
    2.2.5 蓄能器的计算和选型  23-24
    2.2.6 管路的计算与选型  24-26
  2.3 液压伺服试验台的主要组成元件  26-27
  2.4 本章小结  27-28
3 液压伺服试验台数学建模和仿真  28-59
  3.1 功率键合图理论  28-32
    3.1.1 功率键合图理论基础  28-29
    3.1.2 功率键合图的构成元素  29-32
    3.1.3 功率键合图的优势  32
    3.1.4 基于键合图法的系统建模步骤  32
  3.2 液压伺服试验台液压元件模型的建立  32-39
    3.2.1 伺服阀键图模型  32-35
    3.2.2 非对称液压缸键图模型  35-37
    3.2.3 负载键图模型  37
    3.2.4 液压管道键图模型  37-38
    3.2.5 蓄能器键图模型  38-39
  3.3 先导式溢流阀建模  39-43
  3.4 液压伺服试验台液压系统仿真及结果分析  43-58
    3.4.1 20-sim仿真软件介绍  43-44
    3.4.2 先导溢流阀的仿真结果分析  44-50
    3.4.3 试验台系统仿真结果分析  50-58
  3.5 本章小结  58-59
4 液压伺服试验台液压系统动态特性影响因素分析  59-65
  4.1 系统压力对系统加载力动态特性的影响  59-60
  4.2 液压管路对系统加载力动态特性的影响  60-62
  4.3 蓄能器对系统加载力动态特性的影响  62-63
  4.4 负载刚度对系统加载力动态特性的影响  63-64
  4.5 内泄漏液阻对系统加载力动态特性的影响  64
  4.6 本章小结  64-65
5 液压伺服试验台加载精度控制方法研究  65-78
  5.1 液压伺服试验台加载精度PID控制  65-70
    5.1.1 PID控制基本原理  65-67
    5.1.2 常规PID控制仿真分析  67-70
  5.2 基于模糊自适应PID控制策略的设计与实现  70-77
    5.2.1 模糊控制的基本原理  70
    5.2.2 模糊自适应PID控制器的结构  70-71
    5.2.3 模糊自适应PID控制器的设计  71-73
    5.2.4 模糊自适应PID控制仿真模型的建立及仿真分析  73-77
  5.3 本章小结  77-78
结论  78-80
参考文献  80-83
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  83-84
致谢  84-85

液压伺服试验台动态特性分析及控制方法研究

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