脉宽调制式电液位置系统的动态加载研究

【摘要】脉宽调制式电液位置系统,是指由脉宽调制式比例阀控制的位置系统。脉宽调制式比例阀由主阀与脉宽调制(PWM)信号控制的高速开关阀作为液压先导桥路共同构成,因其具有抗污染能力强,成本较低,与计算机接口方便等优点,在工程车辆的转向系统等领域获得了广泛的应用。电液动态加载系统用于在实验室条件下模拟被加载对象(如飞行器舵机)在运行过程中作用在其上的各种载荷,以研究这些载荷对被加载对象控制性能产生的影响。电液动态加载系统在加载过程中存在多余力(或力矩),严重影响动态加载系统的静、动态品质。当被加载对象为脉宽调制式电液位置系统时,由于控制比例阀的PWM信号的调制频率和占空比的影响,以及该类阀存在的严重死区特性等非线性因素,使得位置系统的数学模型的建立,系统精度和响应特性的分析和提高,以及加载系统多余力(力矩)的抑制等问题更加困难。本文以脉宽调制式电液位置系统为研究对象,首先在忽略了负载连接和固定处的结构柔性造成的弹性条件下,建立了脉宽调制式比例阀控制的电液位置系统的数学模型,在此基础上,建立了可对位置系统进行动态加载的阀控液压马达加载过程数学模型。分析了脉宽调制式比例阀PWM信号的调制频率和占空比对电液位置系统的控制精度的影响,多余力矩产生的机理及影响多余力矩大小的因素。针对脉宽调制式电液位置系统动态加载的多余力矩特性、有扰静动态加载特性和无扰静动态加载特性,利用AMESim软件,研究了加载力矩的大小、位置系统的运动幅值及频率对电液动态加载系统加载性能的影响。分析了采用P-Q伺服阀和双阀并联结构以及基于采用结构不变性原理设计多余力补偿控制器补偿多余力的方法。提出了单加载伺服阀结构的基于压力反馈的补偿控制方案,解决了高质量速度信号难以获得的难题,有效抑制了动态加载中的多余力,在此基础上构建了基于xPCTarget方案的脉宽调制式电液位置系统的动态加载半实物仿真实验方案。研究表明,脉宽调制式比例阀在占空比很小时存在死区,占空比接近1时出现饱和现象,严重影响脉宽调制式电液位置系统的控制精度；对文中所举研究对象,脉宽调制式电液位置系统在开始工作时多余力矩最大,其运动频率增大到5Hz时多余力矩增大到97N·m。基于压力反馈的补偿控制方案仿真分析表明,加载力矩在相位上超前1°-2°,50N·mm加载力矩条件下加载跟踪误差为5.8%,100N·mm加载力矩条件下误差为9.5%,跟踪性能指标可满足动态加载系统的双十性能指标。
【作者】冯志清；
【导师】魏列江；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】脉宽调制；电液位置系统；动态加载；多余力矩；

【参考文献】
[1]任丹青.啮小蜂对亚洲玉米螟蛹的寄生行为和毒液功能的研究[D].中国科学院研究生院（上海生命科学研究院）,动物学,2003,硕士.
[2]刘丽.新型聚苯胺固相微萃取纤维在环境水样分析中的应用[D].西北师范大学,2014.
[3]记者杨佼.股权激励临近石墨烯助涨中国宝安股价[N].第一财经日报,2012-01-13A14.
[4]陈书瑶.上市公司价值创造驱动因素研究[D].黑龙江大学,会计学,2013,硕士.
[5]孔德龙.提高化学镀铜溶液稳定性与沉积速率的研究[D].哈尔滨工业大学,化学工程与技术,2013,硕士.
[6]宋维琪,王小马,杜玉民,付金华.综合应用地震属性、测井数据反演储层参数[J].石油地球物理勘探,2002,05:491-494.
[7]肖丹.外贴钢板加固砌体结构的抗震研究[D].扬州大学,建筑与土木工程（专业学位）,2012,硕士.
[8]邓立.聚多巴胺包覆改性锂离子电池正极材料LiFePO_4的研究[D].华中科技大学,化学工艺,2013,硕士.
[9]韩宇.嵌有量子点分子的AB干涉器中电子及自旋性质[D].东北大学　,2009.
[10]凌锦兰,赵彦锋,康珍,姜常义,宋忠宝,赵双喜,王永刚.柴达木地块北缘牛鼻子梁镁铁质-超镁铁质岩体岩石成因与成矿条件[J].岩石学报,2014,06:1628-1646.
[11]朱奎.基于.NET军队院校学员学籍管理系统实现与设计[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[12]贾继飞.山东DY金属磨料股份有限公司发展战略研究[D].西南交通大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[13]钟涛.基于复杂系统方法的慢性胃炎中医问诊证候建模研究[D].华东理工大学,机械电子工程,2014,硕士.
[14]胥杰.城市浅埋暗挖隧道穿越既有结构物的影响及其安全控制技术研究[D].西南交通大学,建筑与土木工程,2014,硕士.
[15]肖一鸣.重力归一化总梯度法[J].石油地球物理勘探,1981,03:47-56.
[16]陈雪如,杨成梧.随机2-DFM模型的状态估计[J].自动化学报,2001,01:131-135.
[17]朱琳.新媒体MV的创意及传播策略研究[D].成都理工大学,传播学,2013,硕士.
[18]李强.某综合医院三种慢性病患者平均住院费用及住院日影响因素研究[D].山东大学,公共卫生（专业学位）,2012,硕士.
[19]邱杰.顺丰速运集团有限公司发展战略研究[D].湖南大学,工商管理,2014,硕士.
[20]袁带秀.火鸡组织滴虫病及其虫体的体外培养的研究[D].湖南农业大学,临床兽医学,2004,硕士.
[21]杜日春.热电厂运行热经济性分析研究[D].大连理工大学,动力工程,2003,硕士.
[22]孙雁,田忠和,王泉德.一种高效的数据集划分关联规则挖掘算法[J].计算机工程,2002,12:118-120.
[23]陆甡,李春平.在大型数据集上提高序列挖掘效率的统计方法[J].计算机工程,2005,16:69-70+91.
[24]尚芳,刘允刚.一类不确定非线性系统的自适应输出反馈镇定(英文)[J].自动化学报,2010,01:92-100.
[25]张锦.颈内动脉闭塞患者侧支循环建立与临床预后关系的研究[D].遵义医学院,神经病学,2014,硕士.
[26]曹洋兵.大型地下水封储气库围岩变形破坏机制与锚喷支护研究[D].中国地质大学,地质工程,2014,博士.
[27]冯碧云.《清宫升平署档案集成·咸丰朝》演剧研究[D].山西师范大学,戏剧戏曲学,2014,硕士.
[28]焦健.节理岩体稳定分析的数值流形方法研究[D].北京交通大学,2010.
[29]岳敬华.基于云服务的智能家居系统的研究与设计[D].杭州电子科技大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[30]杨善升,陆文聪,陈念贻.数据挖掘技术在化工优化中的应用[J].江苏化工,2004,04:1-4+8.
[31]周东华,魏慕恒,司小胜.工业过程异常检测、寿命预测与维修决策的研究进展[J].自动化学报,2013,06:711-722.
[32]葛秀花.深县凹陷老资料重新处理的效果[J].石油地球物理勘探,1989,04:497.
[33]廖路芳.高中化学实验教学两贴近的实践与研究[D].西北民族大学,课程与教学论,2012,硕士.
[34]阮学斌,郑宁,肖师荣,陈云龙,蔡宝辉.三明钢铁厂气烧石灰窑计算机控制系统[J].冶金自动化,2000,04:63-64.
[35]杨飞.基于SSH架构的二本院校办公自动化系统的设计与实现[D].西安电子科技大学,软件工程,2012,硕士.
[36]李辰辰.民意与舆论对量刑活动的影响[D].湖南师范大学,刑法学,2014,硕士.
[37]杨丽洁.降压闪蒸的实验研究[D].哈尔滨工程大学,热能工程,2012,硕士.
[38]杨睿.基于LOM标准的个性化网络课程推荐方法研究与实现[D].西安电子科技大学,教育技术学,2012,硕士.
[39]张佳林.证券投资基金绩效评价及实证分析[D].湖南大学,管理科学与工程,2003,硕士.
[40]陈静云.三种新型计算机病毒传播模型[D].重庆大学,计算机软件与理论,2014,硕士.
[41]吴芳.全视觉高速铁路扣件缺失系统软件设计及算法研究[D].上海交通大学,仪器仪表工程,2013,硕士.
[42]李冰.非酒精性脂肪性肝病患者肠道菌群变化及其与禁食诱导脂肪因子、胰岛素抵抗的相关性研究[D].河北医科大学,内科学,2014,硕士.
[43]申保收,阎兴斌,冯旺军,薛群基.电弧放电法制备石墨烯纳米片及其结构表征[A].中国空间科学学会空间材料专业委员会.中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C].中国空间科学学会空间材料专业委员会:,2011:1.
[44]王喆.益气活血通脉方加减联合西药治疗糖尿病周围神经病变的临床研究[D].北京中医药大学,中医学,2013,硕士.
[45]马妍.地西泮对子宫下段成纤维细胞产生基质金属蛋白酶9的影响[D].中国医科大学,妇产科学,2004,硕士.
[46]卞大珺.新浪微博公共事件中的情感动员[D].苏州大学,传播学,2013,硕士.
[47]楼爱青.三门县青蟹品牌建设研究[D].宁波大学,食品加工与安全（专业学位）,2014,硕士.
[48]王虹入.S研究所人力资源优化配置问题研究[D].西安科技大学,工商管理,2013,硕士.
[49]梅露露.贵州苗药头花蓼rbcL/rDNA ITS序列测定及特征性成分（没食子酸）含量分析[D].遵义医学院,生物化学与分子生物学,2012,硕士.
[50]王佳显,黄俊儒.观中国功夫电影门派史评中国武术发展[J].体育科技,2014,03:39-40.