液体粘性调速离合器在恒压供水系统中的稳定性研究

摘要

液体粘性调速离合器(Hydro viscous drive,简称HVD)是一种利用油膜剪切力来传递动力的装置,其特点有:输出转速无级可调;节能效果显著;可实现软启动;可柔性制动,对传动系统起保护作用;可同步传动。美国是最早开展液体粘性传动技术研究的国家,其研究成果在全球处于领先地位,德国、日本和中国在上世纪八十年代也开始进行液体粘性调速离合器的研究,虽然已经已经取得了丰硕的研究成果,但在输出转速的稳定性、动力润滑和摩擦材料等方面的研究仍存在不足。本文主要以提高离合器输出转速的稳定性为目的来对液体粘性调速离合器的摩擦副和控制系统开展研究的。主要研究内容为:
　　摩擦副的研究。统计数据表明液粘调速离合器在使用中出现的问题大多数都与摩擦副有关,比如,摩擦副磨损严重导致承载能力低、摩擦副变形量大导致工作时发热量大甚至摩擦副烧坏等。再加上国内液体粘性调速离合器的摩擦副普遍是参照普通湿式离合器的摩擦副来生产的,这种摩擦副性能不够稳定,所以影响了离合器的稳定性。为解决这一问题,本文首先分析摩擦片工况,建立了摩擦副的热流分布和热传导模型,推导出了摩擦片温度场的分布;在此研究的基础上研究了摩擦片应力场的分布、工作过程中摩擦片的受力情况,得到了摩擦副变形失效的机理,并改进了摩擦副的设计方法。本文对此进行了试验研究,实验结果表明用该方法设计出的摩擦片较传统的湿式摩擦片性能明显提高。
　　基于PLC恒压供水控制系统的实现。根据系统的工作要求,以及水厂在采用线性控制时水压不稳定的实际工况,本文采用以西门子S7-200型PLC为核心构建了控制系统,采用了常规PID控制方法根据水压波动情况来调节液体粘性调速离合器的输出转速控制,同时控制水泵的启停,从而来达到恒压供水的目的。
　　控制方法的改进。水厂生产表明,由于恒压供水系统是个高阶次、非线性、大滞后、强耦合、多变量、参数时变的系统,难以得到精确的数学模型,所以采用常规的PID控制后系统的稳定性仍不能满足使用要求,故有必要对控制方法进行改进。针对该系统的特点,本文采用了自适应模糊PID控制,将控制经验写成决策表,根据自来水压力波动的情况控制系统在工作中实时修改PID的参数,实时调节液体粘性调速离合器,提高系统的稳定性。通过Matlab仿真表明,与常规PID控制相比,自适应模糊PID控制能有效提高系统的控制精度,增强系统的稳定性。

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第1章 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 水泵调速方法的选择

1.3 液体粘性调速离合器的工作原理及节能特性

1.4液体粘性传动技术的发展及国内外研究动态

1.5液体粘性调速离合器的摩擦副

1.6液体粘性调速离合器的控制方法

1.7本课题的研究内容

第2章 液体粘性调速离合器摩擦副的研究

2.1摩擦副温度场分析[22]

2.2摩擦副所受的热应力及其变形分析[22,26]

2.3摩擦副对偶片热变形试验研究[27]

2.4液体粘性调速摩擦副的设计

2.5摩擦副的热平衡校验

2.6 本章小结

第3章 基于PLC恒压供水控制系统的设计

3.1 PLC的结构

3.2 PLC的工作原理

3.3 PLC控制系统硬件的选型

3.4 PLC软件系统的设计[46]

3.5本章小结

第4章 自适应模糊PID控制方法的仿真研究

4.1 恒压供水系统的特点

4.2 恒压供水系统控制技术的选择

4.3 自适应模糊PID控制技术的原理[54]

4.4自适应模糊PID控制器的设计[54,57,58,59,60]

4.5基于MATLAB的自适应模糊PID控制器的仿真研究[63,64,65]

4.6本章小结

第5章 总结与展望

5.1研究总结

5.2后续工作计划

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文和完成的科研项目