间隙非线性对电液位置伺服系统的影响及其补偿方法研究

【摘要】间隙是一种典型的多值非线性特性,其在伺服控制系统中往往导致系统中的能量积累,从而引起系统不稳定或极限环振荡。在电液位置伺服控制系统的研制过程中,发现在液压缸活塞杆耳环与负载之间球铰连接处存在着间隙,该间隙会造成系统单位阶跃响应的稳态误差增大、超调量增加、振荡加剧,甚至在间隙值较大时诱发系统极限环振荡等问题,严重时使得控制系统工作失效。针对以上问题,在分析了系统主动部分越过间隙过程中从动部分运动特征的基础上,结合系统从动部分阻尼较大的特性,建立了系统含有迟滞间隙特性的电液位置伺服控制系统数学模型。借助Matlab和AMEsim软件对无间隙及间隙大小分别为0.1mm、0.2mm、0.4mm、0.8mm和lmm的电液位置伺服控制系统进行了仿真,分析了系统在含间隙时的频响特性,及其在不同间隙大小时的位置响应特性、速度响应特性和力响应特性；并在分析了现有几种间隙补偿和控制方法的基础上,针对液压缸活塞上耳环与负载轴间球铰连接处的间隙,提出了在负载端增设补偿液压缸,与位置系统液压缸形成双缸联动的驱动结构,在负载往返运动过程中,补偿缸对负载施加与位置系统液压缸方向相反的力,使负载始终与位置系统液压缸紧压在间隙的一侧,以达到完全补偿系统中间隙的方法。利用AMESim软件进行的建模和仿真分析表明,此方法从结构上完全补偿了系统中的间隙。最后,对一个球铰轴套与负载轴间最大间隙为1mm的实际电液位置伺服控制系统进行了实验研究,根据实际系统中具体的参数指标,选取了实验系统中所需要的液压元件和传感器等部件,设计了实验系统中的测控部分,运用NILabVIEW软件与CompactRIO下位机结合对电液位置伺服系统进行控制。研究结果表明：随着球铰轴套与负载轴连接处间隙值的增大,系统单位阶跃响应振荡加剧,稳态误差增大、超调量增加、,甚至在间隙值达到lmm左右时,出现极限环振荡现象。
【作者】李娜娜；
【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】电液位置伺服系统；间隙非线性；极限环振荡；间隙补偿；

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