气压电控制动系统仿真平台及补偿控制策略开发

为改善比例继动阀的工作特性和整车制动性能,建立并验证了包含电控制动系统EBS部件、能够反映EBS制动系统性能的SimulinkAMESim联合仿真商用车整车动力学仿真平台;根据仿真分析和试验测试结果提出了逆滞环前馈补偿和PID压力闭环相结合的比例继动阀迟滞补偿压力控制策略;最后,基于所开发的AMESim比例继动阀仿真模型、硬件在环试验台和EBS整车仿真平台对本文控制策略进行了验证。结果表明,本文的压力控制策略使比例继动阀的压力响应提前76%,基本消除了静态迟滞特性,同时使制动距离减小2.8%。     

结构参数对先导式纯水溢流阀性能的影响

应用流场数值模拟技术，在不同结构参数、压力、流量等条件下，对先导式纯水溢流阀主阀流道
内的流场流态进行动态仿真.分析了结构参数对流场流态及压力 流量特性的影响，在此基础上确定了影
响阀静态特性的主要结构参数.结合仿真结果，对结构参数进行优化设计，并对先导式纯水溢流阀静动态
特性进行实验研究.结果表明：所研制的先导式纯水溢流阀滞徊小于3％，定压精度大于88％，压力上升
时间小于0.075 s，压力超调量低于14％.利用流场仿真技术对溢流阀进行优化设计，不仅能够提高溢流
阀的静态性能，同时还能够改善其动态响应特性.     

时变负载比例阀控马达的精确点位控制

目的针对负载特性是以静扭矩为主的阀控马达电液比例伺服系统的点位控制,研究在变死区、变增益非线性因素影响下的定位控制性能问题.方法研究了死区的动态补偿方法,解决了由于变死区引起的大定位误差问题;提出了三级智能控制策略,解决了系统由于变增益引起的大超调问题.结果实验结果表明,在负载扭矩大范围内变化下,取得了快响应、高精度、小超调甚至无超调的定位控制.结论三级智能控制结合死区动态补偿的综合控制方法解决了阀控马达电液比例伺服系统由于变死区、变增益引起的定位控制性能问题.     

耐高压双向旋转比例电磁铁的静态力矩特性

针对传统旋转比例电磁铁不具备耐高压能力的不足，设计了一种新型耐高压双向驱动旋转比例电磁铁.永磁体产生的偏置磁通与线圈产生的控制磁通形成差动磁场作用于衔铁转子，使电磁铁输出与控制电流成比例的双向转矩.通过建立二维有限元模型，仿真分析了该旋转比例电磁铁在不同控制电流和转角下的磁场分布，探讨了其双向驱动机理，并结合转角－力矩特性分析了该电磁铁的静态性能.试验结果与仿真结果基本吻合，该比例电磁铁具有正磁弹簧刚度、良好的线性度以及较小的滞环，静态力矩特性的非线性误差小于3％，滞环小于4.5％.     

比例阀控马达自调节前馈补偿跟踪控制

目的针对负载特性是以静扭矩为主的阀控马达电液比例伺服系统的位置跟踪控制,研究在变增益、变死区非线性因素影响下的跟踪性能问题.方法在常规复合控制结合死区补偿方法的基础上,设计了死区和自调节前馈补偿的综合控制方法.结果实验结果表明,在负载扭矩大范围内变化下,正弦和等速跟踪均取得了令人满意的跟踪效果.结论死区和自调节前馈补偿的综合控制方法解决了阀控马达电液比例伺服系统由于变增益、变死区引起的位置跟踪精度问题.     

非圆车削用GMA迟滞逆补偿控制方法

为分析了非圆截面零件的加工特点及其对伺服刀架的控制要求,研究了可用于高速伺服跟踪控制的超磁致伸缩驱动器(GMA)的前馈补偿控制策略.采用经典Preisach模型对GMA的非线性迟滞进行建模,研究了模型的可逆性,推导了求逆算法,通过开环前馈补偿实验证明了逆算法的有效性.实验比较了在开环、前馈补偿和前馈补偿加PID闭环控制3种情况下,GMA对期望位移输出序列的跟踪能力.结果表明,前馈补偿将跟踪误差由开环控制时的-28.3%～24.2%减小到-1.3%～5.9%,而基于前馈补偿的PID控制则将跟踪误差进一步减小到-1.0%～1.3%,满足了伺服跟踪要求     

小球式旋转直驱压力伺服阀卡滞机理研究

针对小球式旋转直驱压力伺服阀（BRDDPSV）静态测试卡滞问题,建立阀芯运动全局函数,包括基于缝隙流理论建立倾斜阀芯径向力模型,基于Coulomb摩擦理论建立阀肩触壁静摩擦-滑动摩擦模型. 理论解析曲线合理复现了静态测试卡滞问题：偏心驱动下阀芯逆时针旋转倾斜,右侧阀肩触壁,初始静摩擦导致阀芯卡滞,逐渐提升的电流水平克服摩擦形成阀芯运动超调. 为了保证电流指令与控制压力的近似比例特性,阀芯回拉复位,形成重复的正向驱动阀芯卡滞. 基于阀肩不触壁原则,获得阀芯是否卡滞阈值条件. 研究结果表明：增大阀芯与阀套初始半径间隙或减小小球偏离阀芯轴线的初始偏心量,均可以提高阀芯不卡滞的输出压力阈值;对于21 MPa系统压力及0~8 MPa输出压力的实际需求,在不改变其他参数的情况下,将初始半径间隙和初始偏心距分别调整为5.1 μm和0.2 mm,可以在维持原有性能的基础上获得阀芯运动全局不卡滞的最优解.     

新原理比例溢流阀基型阀的开发

本文介绍的一种新原理比例溢流阀基型阀,改进了美国人Havvy Vickers在1936年发明并沿用至今的差压式溢流阀的开环控制原理,应用了1980年春提出并登记专利的系统压力直接检测,反馈的原理,使阀的主要稳态性能有数倍的提高;同时采用了级间动压反馈的原理,显著提高了阀的动态稳定性。 文中用传递函数的方法说明基型阀与传统型式阀控制原理的区别。介绍了阀的试验研究和动态仿真的结果。 该阀的开发具有广泛的应用前景,可发展出一个流体压力控制器件的新家族。     

基于二阶滑模观测器的永磁直线同步电机速度控制

为改善永磁直线同步电机在传统比例-积分调节器下的速度超调、抗扰能力差等问题,提出了一种速度-电流双闭环前馈-反馈控制方法。在速度环引入前馈环节,构成伪微分前馈-反馈速度调节器,从而提高系统的动态特性;为提升直线电机系统的鲁棒性能,在电流环引入了二阶滑模算法,构建推力扰动观测器,从而通过观测器的观测值实现对电流环给定值的前馈补偿。仿真与实验结果表明:该方法在满足超调量指标的前提下,与传统方法相比,速度动态响应更快,且在负载变化条件下,动态降落更小,恢复时间更短,从而有效地提升了直线电机的速度控制性能。     

无泄漏平面型纯水换向阀研究

针对纯水换向阀在突然切换时易产生严重冲击的问题，提出一种改进的纯水换向阀优化结构.通过设计和研制新型纯水换向阀，改变传统的间隙密封为直接密封，合理设计主阀芯与主阀套的压紧力，使先导阀阀口阻尼器与主阀敏感腔匹配.应用计算流体动力学(CFD)技术，对纯水换向阀主阀内流道的流场进行动态仿真，并优化流道结构.对所研制的纯水换向阀进行静、动态试验和寿命试验.结果表明,纯水换向阀的动态响应特性较好，换向迅速，换向冲击小，连续换向达万次后，主要零部件无异常现象.研制的纯水换向阀的性能基本达到了现有同类油压换向阀的水平.     

两级双向液压同步控制系统动态特性仿真

针对传统一级比例伺服同步控制系统存在超调量大、可靠性不高等问题,提出两级双向液压同步控制系统.对两级双向液压同步控制系统进行动态数学建模分析,并给出同步控制系统非线性数学模型;采用AMESim对系统进行仿真研究,并运用遗传算法对比例-积分-微分控制器（PID）参数进行优化,分析比较两种系统在启动、偏载以及比例伺服阀损坏或突然掉电等极端工况下的同步特性.仿真结果表明：两级双向液压同步控制系统具有工作平稳、启动时无明显超调、可靠性高、响应速度快以及同步精度高等优点.     

盾构刀盘驱动液压系统压力冲击吸收特性分析

针对盾构掘进地层复杂、负载冲击大的工况特点,提出一种基于压力反馈和电液比例控制的新型开式刀盘驱动液压系统.通过对元件模型的线性化处理建立泵-马达-蓄能器系统的动态数学模型,分析蓄能器的引入对于系统固有频率的影响.同时利用AMESim中的液压模块化元件与液压元件自主设计库（HCD）联合建模,对刀盘在不同工况的仿真过程中,通过比例方向阀控制蓄能器的不同工作状态来研究更好的冲击吸收效果.结果表明,在不同的负载剧变所带来的压力冲击下,蓄能器在吸收冲击的同时也影响到了系统的稳定性,可以通过电液比例控制蓄能器的工作状态来更好地适应负载的冲击．     

基于干扰观测器的非对称液压缸鲁棒运动控制

为实现对比例阀控制非对称液压缸系统的高性能位置伺服控制，提出了基于干扰观测器的新型鲁棒运动控制方法.在闭环控制中采用干扰观测器，对各种外部力扰动和系统参数变化进行估计并引入相应补偿，从而提高系统运动性能和鲁棒稳定性；对于比例阀中位死区，基于名义模型位置输出信息的新型补偿策略，保证在不牺牲系统动态品质的情况下，能有效地避免阀芯的频繁切换.对挖掘机器人关节液压缸系统进行计算机仿真的结果表明，该方法对外部力扰动和参数变化均具有很强的鲁棒性，且新型比例阀死区补偿环节能明显增强液压系统运动的平稳性.     

电液比例系统鲁棒自适应动态表面控制

对基于语义网络的产品建模及配置方案的搜索方法进行集成研究,以提高产品配置设计的效率.在相关本体的基础上,建立了基于语义网络的产品模型结构,并据此解析用户所输入的查询语句.基于语义网络的产品模型提供一种定量与定性相结合的一致化的设计实例与需求的表达方式.进一步通过产品的语义网络模型可以获取设计需求的隐含条件,使得需求在设计方案的搜索匹配过程中被更充分地考虑.配置设计方案的搜索则首先利用基于语义网络的推理技术与本体语言RDFS构造待求配置设计问题的语义网络片断,然后通过语义搜索与匹配度计算排序从设计实例库中获取符合当前需求配置设计方案.同时,通过注塑机螺杆为实例的应用证明了基于语义网络的产品模型在支持配置选型设计方案搜索方面的有效性与实用性.相对于传统的产品模型而言,基于语义网络的产品模型更关注属性之间的内部联系,经实例验证基于语义网络的产品模型使得配置设计过程更符合用户的实际需求.     

Design of a 70 MPa Two-Way Proportional Cartridge Valve for Large-Size Hydraulic Forging Press

For an ultra-high-pressure hydraulic transmission system of a large-size hydraulic forging press (LHFP), a 70 MPa two-way proportional cartridge valve has been developed to improve the power weight ratio of the hydraulic forging press. In this study, a nominal diameter 25 mm (DN25) cartridge valve is taken as the research object. A longer concentric cylindrical annular gap is set to effectively prevent the ultra-high-pressure oil from flowing to the pilot stage and a seated valve structure is set to form the linear sealing zone in the closing state of the main valve port. Electric-displacement feedback is adopted to realize precise control of the main valve port flow and the features of this valve are investigated. In order to verify the strength and static and dynamic characteristics, the finite element model and a simulation model of the valve proposed above are built. There is a little deformation which does not affect the main valve spool movement, and the main valve port flow meets the design demands. Then, the prototype of DN25 70TPCV is manufactured and a ultra-high-pressure experimental platform is developed. The experimental results show that the DN25 70TPCV designed in this study has the advantage of fast response, high control precision, and low leakage, which can meet the requirements of LHFPs.     

脉宽调制PWM型数控比例方向阀

本文提出了一种新型的控制阀—脉宽调制(PWM)型数控比例方向阀,适用于大惯量,大负荷,低速工况,以消除滞环和爬行等现象。该阀具有抗污染能力好,滞环小,价格低廉,可用计算机直接控制等特点。 通过选择适当的脉宽占空比和脉宽调制频率可以控制阀输出的流量和压力值以及其脉动幅值大小。本文建立了PWM型数控比例阀的数学模型,对其运动情况作了理论的分析,并给出了实验曲线。同时也附上稳态特性的实验曲线     

Motion control of thrust system for shield tunneling machine

The thrust hydraulic system of the prototype shield machine with pressure and flow compound control scheme was introduced. The experimental system integrated with proportional valves for study was designed. Dynamics modeling of multi-cylinder thrust system and synchronous control design were accomplished. The simulation of the synchronization motion control system was completed in AMESim and Matlab/Simulink software environments. The experiment was conducted by means of master/slave PID with dead band compensating flow and conventional PID regulating pressure. The experimental results show that the proposed thrust hydraulic system and its control strategy can meet the requirements of tunneling in motion and posture control for the shield machine, keeping the non-synchronous error within ±3 mm.