直驱式电液伺服系统低速控制研究

摘要

直驱式电液伺服系统是一种新型的电液伺服系统。在新型的直驱式电液伺服系统中，电机即作为系统的能量元件驱动双向定量泵转动带动负载运动，又作为系统的控制元件通过控制电机的转速和旋转方向来控制双向定量泵的转速和旋转方向来控制系统液压油的流速和循环方向，进而控制负载运动。该种系统具有体积小、耗能低、噪声低、效率高、控制灵活等诸多优点在航空、航天、航海领域有着广泛的应用空间。随着系统的不断应用，如何提高系统低速运动的性能已经成为了电液伺服系统的研究的一个重要方向。在新型的直驱式电液伺服系统中，研究系统低速特性因素对系统的影响及针对各种影响因素所应实施的补偿方法就变得尤为重要。
　　在本文中，建立了交流异步电机运动方程，直取式电液伺服系统液压动力机构运动方程，分别得到了交流异步电机与液压动力机构的传递函数，并求得了直驱式电液伺服系统的传递函数。基于Simulink软件平台建立了直接转矩控制异步电机仿真模型。同时，也建立了基于AMEsim软件平台的液压动力机构仿真模型，并通过两部分的合并，建立了直驱式电液伺服系统联合仿真模型。进行了理想状态下直驱式电液伺服系统的典型输入仿真，得到了理想状态下系统对典型输入的响应曲线，验证了系统的稳定性。
　　在本文中，分析了摩擦干扰力矩、齿轮泵容积损耗、齿轮泵机械损耗以及电机低速旋转状态下的转矩脉动等等各种影响系统低速性能的因素，分别建立了数学模型。选择LuGre摩擦模型建立摩擦干扰力矩的仿真模型、建立了以齿轮泵端面间隙泄露与齿轮泵径向间隙泄露为主的齿轮泵容积损耗仿真模型、建立了以齿轮泵齿顶端面与液体的粘性摩擦损失为主的齿轮泵机械损耗仿真模型。分别就各个因素注入到直驱式电液伺服系统理想状态下仿真模型中进行对比仿真，观察并分析了各因素对直驱式电液伺服系统的影响。
　　在本文中，通过分析各因素对直驱式电液伺服系统的影响，选择了高增益PID控制器与反步积分自适应控制器分别对摩擦力矩进行了补偿。建立了高增益PID控制器与反步积分自适应控制器的数学模型，并在上述模型的基础上分别建立了高增益PID控制器与反步积分自适应控制器的仿真模型，将其分别注入到含摩擦干扰力矩的直驱式电液伺服系统仿真模型中，建立经过补偿的含摩擦干扰力矩的直驱式电液伺服系统仿真模型。通过高增益PID控制器补偿和反步积分自适应控制器补偿两种方法的对比仿真，验证了反步积分自适应控制器对摩擦干扰力矩的补偿效果更加有效，补偿效果符合要求。针对齿轮泵容积损耗问题，针对齿轮泵容积损耗的特点设计了物理补油装置，并针对补油装置和液压锁阀设计了集成阀块。完成了直驱式电液伺服系统低速控制的研究内容。

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第1章 绪论

1.1 课题研究意义

1.2 传统电液伺服系统概述

1.3 直驱式电液伺服系统的结构组成和工作原理

1.4 直驱式容积控制电液伺服系统的研究现状

1.5伺服系统低速特性研究概述

1.6课题的提出及论文完成的主要工作

第2章 直驱式电液伺服系统建模及其性能分析

2.1 直驱式电液伺服系统的组成及工作原理

2.2电机调速系统建模及分析

2.3 直驱式电液伺服系统的液压源数学模型

2.4 直驱式电液伺服系统的数学模型

2.5 直驱式电液伺服系统的设计

2.6 直驱式电液伺服系统仿真模型的建立及仿真分析

2.7 本章小结

第3章 直驱式电液伺服系统低速特性相关因素分析

3.1 直驱式电液伺服系统负载摩擦干扰分析

3.2 直驱式电液伺服系统齿轮泵损耗分析

3.3 直驱式电液伺服系统低速特性对系统影响的分析

3.4 本章小结

第4章 DDVC系统低速运动控制器设计与仿真

4.1 摩擦干扰力矩补偿器的设计

4.2 齿轮泵容积损耗补偿装置的设计

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢