逐级加载液压缸及其同步控制研究

摘要

处于地层深部的岩石是存在于一个复杂的多场耦合的环境中，在温度、压力、磁场、气液等多种因素作用下，岩石的渗透性能和力学性能等都是我们所未知的。所以，岩石力学试验机是广大科研院所和高等学校研究岩石力学性能的主要试验设备。只有通过更为真实地模拟地下环境的状态，才能更清晰地了解岩石在地下的微观运移规律。真三轴试验机是能够在岩石试样的三个方向上进行受力试验的岩石力学试验机。它的核心部分就是液压伺服加载系统，用于测试岩石试样的受力、位移和形变等。液压加载系统是直接决定岩石力学试验的关键。
　　本课题以真三轴岩石力学试验机的液压加载系统为基础，研制了一套液压加载系统。为了能实现预定的加载控制要求，提出了一种新型的逐级加载液压缸组设计方案，该逐级加载液压缸能够在空间和试样大小有限的情况下提供更大的加载力，并分析了基于静压支撑油缸的油膜厚度对于活塞杆与导向带之间密封性的影响。针对新型的逐级加载液压缸的技术要求，完成了相关液压元器件的选型与计算。通过分析液压伺服加载系统位置控制和力控制的模型和液压伺服系统的非线性、建模困难、强交叉耦合、参数不确定性和高精度同步跟踪等问题，选用了迭代学习控制方法。它能有效地解决系统的同步跟踪误差问题，并且能保持良好的稳定性和鲁棒性。
　　利用AMESim和MATLAB/Simulink软件的强大的仿真建模能力，分别搭建液压伺服加载系统的整体物理模型和基于迭代学习的Simulink控制模型，更加真实地模拟了系统的工作状态。通过两个软件的联合仿真验证，液压加载系统在迭代学习的控制下能达到预定的技术要求，算法简单且具有良好的可靠性与实用性。对于液压伺服加载系统多种的加载波形试验，它都能很好地达到同步跟踪误差的要求。通过对比分析样机的试验结果，进一步地验证了液压加载系统良好的控制效果。论文的研究结果对真三轴岩石力学试验机的研制提供了重要的设计基础，同时也对液压伺服系统中迭代学习控制的应用具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题选题的背景和意义

1．2 真三轴试验机液压系统国内外的研究现状

1．2．1 国外的研究现状

1．2．2 国内的研究现状

1．3 课题的主要研究内容

第二章 真三轴试验机的液压加载系统研制

2．1 逐级加载液压缸的结构和设计

2．1．1 设计依据

2．1．2 设计原则与步骤

2．2 静压支撑油膜的厚度分析

2．3 液压加载系统的油源

2．4 液压加载系统主要元器件选型

2．4．1 液压泵

2．4．2 电液伺服阀

2．4．3 传感器的选择

2．4．4 其他液压阀及辅助元件

2．5 逐级加载液压缸的主要安装工作

2．6 本章小结

第三章 液压加载伺服系统建模分析

3．1 三轴加载系统位置和压力控制的数学模型

3．1．1 系统的组成

3．1．2 液压缸以位置控制方式各环节的数学模型

3．1．3 液压缸以力伺服控制方式的数学模型

3．1．4 液压伺服系统数学模型参数

3．2 液压加载系统的动静态分析

3．2．1 系统的稳定性分析

3．2．2 系统的品质指标

3．3 本章小结

第四章 液压加载系统迭代学习控制

4．1 迭代学习控制方法概述

4．1．1 迭代学习控制的基本原理及数学描述

4．1．2 开、闭环PID迭代学习控制的结构

4．2 迭代学习控制算法的选择及迭代误差收敛性分析

4．2．1 迭代学习律的选用

4．2．2 迭代误差收敛性分析

4．3 本章小结

第五章 液压加载伺服系统的联合仿真方法的研究

5．1 联合仿真平台介绍

5．1．1 AMESim软件概述

5．1．2 Simulink软件的特点

5．1．3 联合仿真的原理和优势

5．1．4 联合仿真平台的构建

5．2 AMESim／Simulink联合仿真的实现

5．2．1 联合仿真实现的过程

5．2．2 基于Simulink的迭代学习控制模型的建立

5．2．3 基于AMESim的液压伺服系统模型的建立

5．3 液压加载系统的位置和力控系统的联合仿真分析

5．3．1 液压加载系统的位置控制系统联合仿真分析

5．3．2 液压加载系统的力控制系统联合仿真分析

5．4 样机试验结果分析

5．5 本章小结

第六章 总结和展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢