叶片式摆动马达低速性能与旁路阻尼关系的研究

摘要

伺服阀控叶片式摆动马达系统是液压仿真测试转台的主要驱动系统，阀控马达系统的性能直接决定仿真转台的工作性能。随着航天工业以及军事技术的发展，对于仿真转台的技术水平、应用领域以及使用要求都逐步提高。阀控马达系统作为仿真转台的核心驱动系统，对于马达的最高输出速度、最低输出速度、以及稳定性方面提出要求；伺服阀控马达系统的低速稳定运行是重要研究方向。 仿真转台的阀控马达系统使用零开口四边滑阀为放大级，控制液压马达工作腔输入流量；零开口四边滑阀在伺服阀零位附近的压力-流量系数趋近于零，导致系统在伺服阀零位附近的阻尼比较小，稳定性差；为了适应系统稳定性方面的要求，在马达旁路增加旁路节流阀，通过增大马达的内泄漏流量，增大阀控马达系统阻尼比；使得阀控马达系统在伺服阀零位附近具有较好的控制稳定性。同时伺服阀零位附近的输出流量较小，对应的马达输出角速度较小，增加旁路节流阀使得输入马达的有效流量减小，直接影响马达的输出角速度。本文主要研究了阀控马达系统最低稳定速度与系统阻尼比之间的关系。 通过建立带有旁路节流通道的阀控马达系统数学模型，从系统控制稳定性角度分析加入旁路节流阀对于阀控马达系统的影响；推导出马达的输出角速度的时域表达式，分析马达最低稳定速度的主要影响因素；通过数学推导建立马达最低稳定速度与系统阻尼比ξ、马达静摩擦力矩、马达轴上惯性负载的转动惯量J之间的数学关系，并使用MATLAB进行隐函数求解。使用AMESim液压系统仿真软件进行系统仿真，验证数学建模及计算结果的正确性；并对系统进行闭环仿真，提出对应补偿措施，进行仿真验证。为阀控马达系统的旁路节流阀的使用以及伺服阀控制提供工程实践依据。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景和研究意义

1.2 研究现状

1.2.1 仿真转台的研究现状

1.2.2 叶片式摆动马达的研究以及应用

1.2.3 叶片式摆动马达低速的研究现状

1.3 伺服阀控制叶片式摆动马达系统关键技术

1.4 课题研究内容及研究步骤

第2章 系统数学模型建立

2.1 系统组成及工作原理

2.1.1 伺服阀控马达系统组成

2.1.2 伺服阀控马达系统工作原理

2.2 叶片式摆动马达内泄漏模型

2.2.1 马达内泄漏计算

2.2.2 叶片式摆动马达总泄漏

2.3 叶片式摆动马达摩擦模型

2.3.1 马达接触摩擦特性

2.3.2 摩擦力模型简化

2.4 阀控马达传递函数推导

2.4.1 零开口四边滑阀的流量方程

2.4.2 旁路节流阀流量计算

2.4.3 马达流量连续性方程

2.4.4 液压马达力矩平衡方程

2.5 系统传递函数推导

2.5.1 系统方框图

2.5.2 阀控液压马达的传递函数

2.6 小结

第3章 马达最低稳定速度模型建立及数值仿真模型

3.1 马达的最低稳定速度的影响因素概述

3.2 马达最低稳定速度数学模型

3.2.1 系统输入信号的说明以及简化

3.2.2 马达输出角速度的时域表达式

3.3 马达的临界稳定速度求解

3.3.1 马达角速度表达式的简化

3.3.2 马达最低输出速度(w)min及其对应时间t1

3.3.3 马达输出角速度求解

3.4小结

第4章 旁路节流阀对于马达输出角速度、马达最低稳定速度的影响

4.1 AMESim仿真系统建模

4.1.1 AMESim仿真软件简介

4.1.2 系统原理图及仿真模型

4.1.3 系统参数设置

4.2 仿真结果及其分析

1）动摩擦力矩与静摩擦力矩差值对最低稳定速度的影响

2）旁路节流阀的开启对于马达最低稳定速度的影响

4.3 马达最低稳定角速度对应伺服阀阀芯位移计算

4.4 小结

第5章 旁路通道对于位置控制系统的影响

5.1 闭环系统方块图

5.2 闭环仿真

5.2.1 AMESim模型搭建

5.2.2 仿真结果及分析

5.3 旁路泄漏流量的补偿

5.4 小结

总结与展望

1 总结

2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录B 科研项目与实践