基于高速开关阀的液压同步控制系统设计与研究

摘要

传统的液压同步系统无论是开环系统还是闭环系统均存在明显的不足：开环系统成本低但控制精度也不高；闭环系统由于是基于伺服阀或比例阀构建，成本高且难以实现直接数字化控制。以高速开关阀为代表的数字阀，以其方便与计算机直接接口、高可靠性、高性价比等突出优势，给电液控制技术的发展注入了新的活力。 本文首先对比分析了不同类型的液压同步控制系统的优点和不足，并在此基础上提出了基于高速开关阀设计液压同步控制系统的必要性和可行性。然后结合高速开关阀自身的特点，提出了三类共5种同步控制回路的设计方案，并对它们各自的优缺点进行了比较和说明，最终选定两种最具可行性和性价比的方案展开研究。接着对高速开关阀直接控制及高速开关阀先导控制的两种液压同步控制回路建立了相应的数学模型，并选择直接控制的方案进行了动态仿真研究，进一步论证了该方案的可行性。最后，针对直接控制系统仿真过程中暴露的问题，引入模糊自适应PID的复合控制策略，设计了相应的同步控制器，综合改善了系统的可控性，为实现高精度的液压同步控制提供了理论支持和技术保证。

目录

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第一章绪论

1.1液压同步系统的类型

1.1.1开环同步控制回路

1.1.2闭环同步控制回路

1.2闭环同步控制策略及现代控制理论的应用

1.3液压闭环同步系统的应用

1.4本课题研究意义

1.5本课题研究的主要内容

第二章基于高速开关阀的液压同步回路的方案设计

2.1 高速开关阀简介

2.2 高速开关阀的结构和主要性能参数

2.3 高速开关阀闭环控制同步系统设计的基本思路

2.4 基于高速开关阀的闭环同步回路的方案设计

2.4.1高速开关阀控同步系统的控制原理

2.4.2高速开关阀直接控制

2.4.3高速开关阀偏差补偿控制

2.4.4高速开关阀先导控制

2.5各方案比较

2.6本章小结

第三章液压同步回路关键元件的特性分析

3.1脉宽调制技术(PWM)

2.2 PWM调制信号的产生

2.3高速开关阀的特性

2.3.1高速开关阀的阀芯运动分析

3.3.2高速开关阀的静态特性

2.3.3高速开关阀的动态特性

2.4插装阀简介

2.5插装阀(逻辑锥阀)的特性分析

2.6本章小结

第四章系统回路的建模及仿真环境介绍

4.1 单阀直接控制回路的建模

4.1.1回路的静态特性分析

4.1.2回路的动态特性分析

4.2先导控制回路的建模

4.2.1液压缸的特性方程

4.2.2高速开关阀控插装阀子系统的特性方程

4.2.3先导控制回路的状态空间方程

4.3单阀直接控制同步系统的建模

4.4系统仿真环境介绍

4.4.1 Matlab语言概述

4.4.2 Simulink简介

4.5本章小结

第五章同步系统的仿真及模糊自适应PID校正

5.1 系统仿真参数的确定

5.2主回路仿真模型的搭建及仿真

5.2.1主回路仿真模型的搭建

5.2.2仿真结果及分析

5.3 同步系统仿真模型的搭建及仿真

5.3.1同步系统仿真模型的搭建

5.3.2同步系统的仿真分析

5.4 同步系统控制策略的选择

5.5系统基于模糊自适应PID的校正

5.5.1模糊自适应PID控制器的结构

5.5.2模糊自适应PID控制器的参数整定原则

5.5.3模糊自适应PID控制器的设计

5.5.4基于模糊自适应PID的系统仿真与分析

5.5 本章小结

第六章总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致 谢