油液体积弹性模量对电液伺服系统动态特性影响研究

摘要

油液体积弹性模量是液压油的一个重要物理参数，它随压力、温度、含气量以及油液的类型的变化而变化，是一个很难确定的变化量，一直以来是液压系统建模分析的软参数。在液压系统的设计研究中，油液体积弹性模量直接影响液压固有频率和阻尼比，即影响系统的快速性和稳定性。在实际设计分析中通常将液压油有效体积弹性模量视为一个常量，对于分析要求不高的场合，这种简化对分析结果的影响并不显著，但对于高精度、高动态响应和高稳定性的电液控制系统，将产生误差得不到准确的结果，从而影响液压系统设计及其参数的确定。因此，在液压系统特别是电液伺服系统等高性能液压系统中的设计分析中，考虑弹性模量的变化特性显得尤为重要。
　　本论文在建立的伺服阀控伺服缸的数学模型和仿真求解模型的基础上，将油液体积弹性模量考虑成交量，在不同系统压力下求解得到弹性模量为常量和变量的系统阶跃响应曲线，分析两者的差别，论证弹性模量取变量的正确性和可行性;在不同油液温度和油液含气量下求解得到系统阶跃响应曲线和正弦响应曲线，分析油液温度和油液含气量对系统动态特性的影响。在建立的实时控制模型的情况下，实验得到不同系统压力、不同油液温度和抽真空前后的阶跃响应曲线和正弦响应曲线，分析弹性模量对伺服系统动态特性的影响，同时与理论分析进行对比。本论文的主要研究内容如下:
　　第一章介绍了油液体积弹性模量的基本概念及其测量方法，随后介绍了液压伺服控制系统以及油液体积弹性模量在液压系统中的重要性，详细介绍了国内外关于油液体积弹性模量对液压系统性能影响的研究现状，阐述了课题研究意义，针对目前弹性模量对液压系统性能影响的研究现状提出了主要研究内容。
　　第二章建立了伺服阀控伺服缸的数学模型，以及伺服阀、位移传感器和伺服放大器的数学模型，同时计算得到系统的实际参数。
　　第三章完善原有实验台的控制系统和数据采集系统，编写研华数据采集卡PCI1710L和PCI1720的xPC驱动，完成了多通道模拟输入和多通道模拟输出，建立了伺服阀控伺服缸系统的实时控制模型，实现了伺服缸的高频运动，同时提高数据采集频率。
　　第四章搭建了Simulink伺服阀控伺服缸仿真模型，求解得到不同系统压力下弹性模量为常量和变量的阶跃响应曲线，分析弹性模量取常量和变量的对系统阶跃响应特性的影响提出了弹性模量取变量的合理性和可行性;求解得到不同油液温度和不同含气量下弹性模量为变量的阶跃响应曲线和正弦响应曲线，分析油液温度和油液含气量对伺服系统动态特性的影响研究。
　　第五章在弹性模量测量实验台上开展实验，实验得到不同系统压力下的阶跃响应曲线和正弦响应曲线，考察伺服系统在不同系统压力下的动态特性;实验得到不同油液温度和抽真空后系统的阶跃响应曲线和正弦响应曲线，分析油液温度和油液含气量的变化对伺服系统动态特性的影响;将实验结果与理论分析进行对比，阐明两者的一致性，分析两者之间误差的原因，同时验证了理论分析的正确性和可行性。
　　第六章概括了全文的主要研究内容，总结了研究成果，并展望了今后在该课题方向展开进一步研究思路。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 油液体积弹性模量简介

1．2 油液体积弹性模量的测量方法

1．3 油液体积弹性模量在液压系统的重要性

1．3．1 液压伺服控制系统简介及其应用

1．3．2 油液体积弹性模量对液压系统性能的影响

1．4 国内外研究现状和发展概况

1．5 课题研究意义和研究内容

1．5．1 课题研究意义

1．5．2 课题研究内容

1．6 本章小结

2 伺服阀控伺服缸系统数学模型

2．1 伺服阎控伺服缸数学模型的建立

2．1．1 伺服阀流量方程

2．1．2 伺服缸流量连续性方程

2．1．3 伺服缸力平衡方程

2．2 伺服阎数学模型的建立

2．3 位移传感器数学模型的建立

2．4 伺服放大器数学模型的建立

2．5 伺服阀控伺服缸系统参数的确定

2．6 本章小结

3 基于MATLAB／xPC的伺服阀控伺服缸系统实时控制设计

3．1 xPC目标环境简介

3．1．1 xPC目标的特点

3．1．2 xPC目标的实时内核

3．1．3 xPC目标的信号采集和分析

3．2 实时控制系统的软硬件组成

3．2．1 系统的硬件组成

3．2．1 系统的软件组成

3．3 数据采集卡的xPC驱动开发

3．3．1 驱动开发步骤及编写要点

3．3．2 驱动程序的编写

3．4 伺服系统实时控制的构建

3．5 本章小结

4 油液体积弹性模量对系统动态特性影响仿真研究

4．1 系统仿真模型搭建

4．2 弹性模量对系统阶跃响应特性影响研究

4．2．1 不同系统压力下系统阶跃响应特性

4．2．2 不同油液温度下系统阶跃响应特性

4．2．3 不同含气量下的系统阶跃响应特性

4．3 弹性模量对系统正弦响应影响仿真研究

4．3．1 不同系统压力下系统正弦响应特性

4．3．2 不同油液温度下系统正弦响应特性

4．3．3 不同含气量下系统正弦响应特性

4．4 本章小结

5 油液体积弹性模量对系统动态特性影响实验研究

5．1 油液弹性模量检测实验台简介

5．2 弹性模量对系统阶跃响应影响实验研究

5．2．1 不同系统压力下系统阶跃响应特性

5．2．2 不同油液温度下系统阶跃响应特性

5．2．3 抽真空后系统阶跃响应特性

5．3 弹性模量对系统正弦响应影响实验研究

5．3．1 不同系统压力下系统正弦响应特性

5．3．2 不同油液温度下系统正弦响应特性

5．3．3 抽真空后系统正弦响应特性

5．4 本章小结

6 总结和展望

6．1 论文总结

6．2 展望

参考文献

作者简介及在学期间取得的科研成果