随机低转速驱动的数字配流径向柱塞恒流量泵的研究

摘要

目前，随着传统能源的枯竭和人们对环境保护的重视，风力发电、海洋能发电等众多可持续再用的新能源与发电技术得到了越来越多的重视。而作为风力发电、海洋能发电中的原动力风、波浪等都具有“随机发生和大小不定”的特点，加大了原动力的转换、收集及发电装置的开发难度。近年来，液压技术因为输出功率较大、易于自动控制和体积小结构紧凑等优点，在风力发电和海洋能发电中开始得到应用，液压泵可以作为其中关键的能量收集与转换元件。目前大部分研究采用的定量液压泵是按照恒定高转速驱动原理设计的，因此很难保证其长时间满足风力和海洋能发电所特有的“随机发生和大小不定”工况的需求，并且定量液压泵很难坚持在低速下连续长时间地运行。
　　鉴于此，本论文中设计了一种基于随机低转速工况驱动的数字配流径向柱塞恒流量泵，该泵采用了高速电磁开关阀组取代传统的机械配流的数字配流方式。围绕所提出的数字配流泵，论文进行了数字配流与流量调节原理研究以及配流机构设计，数字配流泵的静动态数学建模，恒流量控制的方法研究与仿真分析，控制系统的软件与硬件设计等，完成了如下的具体研究工作：
　　1）对比传统径向柱塞泵的机械配流特点，分析了数字配流泵的配流原理以及泵逆时针和顺时针的配流状态表以及柱塞腔排油区间表。分析了数字配流泵的流量调节原理，方法有占空比控制和行程比控制。
　　2）根据选定的液压泵本体模型，进行测绘和UG建模，并进行了高速电磁开关阀和绝对值旋转编码器的选型。在此基础上，进行数字配流泵配流机构的设计与UG建模，最后完成整体泵模型的设计。
　　3）基于柱塞的运动学分析，建立了数字配流泵的静态模型。基于高速电磁开关阀的阀口流量公式以及液压泵的流量方程和转矩平衡方程，建立了数字配流泵的整体动态模型。同时，依据泵的配流状态表以及单柱塞方程，建立了泵的分角度区间动态模型。
　　4）依据数字配流泵的流量调节原理，提出了数字配流泵恒流量输出调节方法。基于恒流量调节方法，利用Matlab/Simulink软件分别对数字配流泵的静态模型、整体动态模型和分角度区间动态模型进行了仿真分析，同时基于Matlab GUI编写了数字配流径向柱塞泵仿真平台。
　　5）根据数字配流泵的配流原理以及恒流量调节方法，进行数字配流泵的控制器的设计，利用Altium Designer软件进行PCB板的设计和控制器的制作，完成了控制软件的编程与控制器的模拟调试。
　　本论文所完成的研究成果以及理论模型与方法，将为后续进行的随机低转速驱动的数字配流径向柱塞恒流量泵的样机的制作提供了方法，为泵更深层次的理论与实验分析提供了依据。

目录

声明

答辩决议书

第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外相关研究现状

1.3论文的主要内容

第二章 数字配流与恒流量调节原理及配流结构设计

2.1引言

2.2传统径向柱塞泵

2.3数字配流泵的配流原理与过程

2.4数字配流泵的流量调节原理

2.5数字配流泵的机械结构设计及元器件选型

2.6本章小结

第三章 数字配流径向柱塞泵的数学建模

3.1引言

3.2静态模型

3.3整体动态模型

3.4分角度区间动态模型

3.5本章小结

第四章 恒流量控制的方法研究与仿真分析

4.1引言

4.2恒流量调节方法

4.3静态仿真分析

4.4整体动态仿真分析

4.5分角度区间动态仿真分析

4.6仿真平台

4.7本章小结

第五章 控制系统的硬件与软件程序设计

5.1引言

5.2控制策略分析

5.3控制器硬件设计

5.4软件程序设计

5.5控制器调试

5.6本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文