阀控双定子马达速度控制系统性能的研究

摘要

随着时代的进步，液压传动技术越来越朝着现代工业自动化的方向发展，要求在提高系统效率、功率质量比的同时，还要提升系统的响应速度和精度。液压马达是常用的回转执行元件，很多场合需要对其输出转速的精度进行控制，当系统受到外界干扰时，希望输出转速的波动尽可能小，这就需要结合伺服控制来提高系统的响应精度。阀控马达速度控制系统因具有动态响应快、输出精度高、结构简单等优点，在工程实际中得到了广泛的应用。　　本文的研究内容是基于一种新型的液压元件-双定子液压马达，在它壳体内设计了一个转子和两个定子，可以构成内、外多个排量不同的液压马达，提高了质量比功率，拓宽了液压回路的应用范围。文章中分析了双定子液压马达的结构原理与性能特点，探究了双定子液压马达在调速回路的新型应用，这种多输入的液压马达能够用于机床、行走机械等领域中，根据工况的不同输出不同的转速。　　基于双定子马达的优势，为了进一步提高系统输出精度，本文在控制策略上进行了研究。一方面，考虑到阀控双定子马达速度控制系统中存在的泄漏、负载干扰以及系统参数干扰等一些非线性因素，选择采用自抗扰控制策略来改善系统的输出性能，根据阀控双定子马达状态空间模型设计了控制器，并进行了仿真验证；另一方面，虽然常规的自抗扰控制策略可以实现不错的控制效果，但是由于扩张状态观测器中需要调节的参数过多，限制了它在实际中的应用，因此选择采用降阶的扩张状态观测器进行研究，它的结构较为简单，需要调节的参数较少。同时，为了提高系统的鲁棒性，减小稳态误差，设计了积分滑模控制器。通过两者相结合，来对阀控双定子马达速度控制系统进行仿真研究。最后，为了验证所设计的控制策略在实际中应用的可行性，借助于实验室现有的设备，搭建了实验台，对文章的研究内容进行了实验验证。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 双定子液压马达概述

1.2.1 双定子液压马达结构形式

1.2.2 职能符号规定

1.3课题研究现状

1.3.1 阀控马达速度控制系统研究现状

1.3.2 自抗扰控制理论概述

1.4 本文的主要研究内容

第2章 双定子马达的结构性能及其在调速回路的应用

2.1 双定子液压马达的结构与性能分析

2.1.1 双定子液压马达的结构原理

2.1.2 理论排量分析

2.1.3 双定子液压马达的泄漏分析

2.2 定量泵-双定子液压马达速度切换回路

2.2.1 传统的液压马达串并联回路

2.2.2 双定子马达速度切换回路的原理

2.2.3 双定子马达速度切换回路的静态分析

2.3 变量泵-双定子液压马达调速回路

2.3.1 调速回路的原理

2.3.2 回路的静态分析

2.5 本章小结

第3章 阀控双定子马达速度控制系统建模研究

3.1 阀控双定子马达系统设计与分析

3.2 阀控双定子马达速度伺服系统建模

3.2.1 动力机构的数学模型

3.2.2 比例阀和放大器的数学模型

3.2.3 系统的数学模型

3.2.4 系统中模型参数的确定

3.3 负载特性分析

3.4 影响系统性能的干扰因素分析

3.4 本章小结

第4章 阀控双定子马达速度控制系统的自抗扰控制研究

4.1 阀控双定子马达速度控制系统的状态空间模型

4.2 自抗扰控制策略的设计

4.2.1 跟踪微分器设计

4.2.2 扩张状态观测器设计

4.2.3 线性误差反馈控制器设计

4.3 仿真分析

4.3.1 仿真软件

4.3.2 仿真验证

4.4 本章小结

第5章 基于降阶扩张状态观测器和积分滑模控制器的系统性能研究

5.1 系统的状态空间模型

5.2 自抗扰控制器的设计

5.2.1 跟踪微分器的设计

5.2.2 降阶扩张状态观测器的设计

5.2.3 积分滑模控制器的设计

5.3 仿真分析

5.4 本章小结

第6章 阀控双定子马达系统的实验研究

6.1 实验设计

6.1.1 实验内容

6.1.2 实验方案

6.1.3 实验设备和软件

6.2 实验结果

6.2.1 双定子马达输出性能实验结果

6.2.2 阀控双定子马达速度控制系统实验结果

6.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢