双喷嘴挡板电液伺服阀主要参数的优化

以国产双喷嘴挡板电液伺服阀为研究对象,推导出其数学模型。根据电液伺服阀的实际结构参数,运用Simulink仿真软件对数学模型进行仿真,得到电液伺服阀闭环阶跃的响应图和伯德图。通过改变目标参数Kvf、ωmf、ξ′mf的大小,得到不同的电液伺服阀伯德图;通过分析电液伺服阀动态性能的变化,从而达到其参数优化的目的。     

基于响应面与遗传算法的液力透平叶轮优化设计

建立了基于试验设计、响应面近似和遗传算法优化的液力透平叶轮优化设计方法。通过ANSYS CFX数值模拟得到其外特性,原始模型数值计算结果与试验结果外特性吻合较好。以设计工况下的水力效率和扬程为目标函数,利用响应面方法(RSM)分别得到设计参数与目标函数之间的显式表达式,采用NSGA-Ⅱ遗传算法得到最优叶轮参数组合。优化后水力模型效率提高3.2%。结果表明,响应面方法与NSGA-Ⅱ遗传算法相结合的优化方法适用于液力透平叶轮的优化设计。     

增量式数字阀控缸位置控制系统动态性能分析及实验研究

液压伺服控制系统具有功重比大、精度高和响应快等优点,在工业、农业、轻纺织业和交通运输中应用广泛。液压伺服控制系统多采用伺服阀和比例阀作为控制元件,但伺服阀和比例阀的结构复杂,造价高,对油液质量和清洁度要求高。而增量式数字阀具有结构简单、成本低、抗污染能力强且维护方便等优势,在液压伺服控制系统中具有较好的应用前景。本文以增量式数字阀控缸位置控制系统为研究对象,首先,对增量式数字阀的结构和工作原理进行分析,建立其位置控制系统数学模型,并基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了其位置控制系统仿真模型;然后,利用仿真分析典型输入信号和不同结构参数下增量式数字阀控缸位置控制系统的动态性能;最后,搭建增量式数字阀控缸位置控制系统实验平台,测试了典型输入信号和不同结构参数下的动态性能。通过仿真与实验相结合,验证了增量式数字阀原理的可行性,分析了增量式数字阀控缸位置控制系统的动态响应能力,并对影响其动态响应能力的因素进行分析,为增量式数字阀的后续结构改进和动态性能优化提供了理论和实验基础。.     

液压伺服控制系统课件

在液压伺服控制系统及控制工程中经常会遇到一些重要概念、定义及术语，可以通过实验教学加以理解，但所使用的设备、仪器数量、时间及复杂程度都将是惊人的，在教学时间内几乎不可能完成.为此，介绍了由伺服阀控制对称液压缸和位移传感器构成的液压位置闭环控制系统及其工作原理，给出了该系统的频率特性及动态响应数学表达式.以VISUAL BASIC为开发工具，开发出了适用于液压伺服控制系统及控制工程基础课程的教学课件.     

Force Control of Electro-Hydraulic Servo System Based on Load Velocity Compensation

In an electro-hydraulic servo control system, the force servo system is an important component. However, due to the nonlinear characteristic of hydraulic systems, traditional control methods cannot achieve satisfactory control performances. To deal with this issue, a load velocity compensation algorithm based on the structural invariant principle is proposed in this paper. First, the theoretical analysis of the hydraulic and cylindrical force control system is presented, and the mathematical model of the force control system is established. Then the open-loop frequency response characteristics of the system are analyzed, in which the Bode diagram shows that the bandwidth of the system is obviously expanded after adopting the load velocity compensation algorithm. Finally, a practical hydraulic and cylindrical force servo system is introduced to validate the feasibility of the proposed controller, the experimental results demonstrate that the proposed method can improve the performance of force control and eliminate the influence of load stiffness on the dynamic characteristics of the system through a set of comparative experiments with different elastic loads.     

基于AMESim的阀控液压缸电液伺服系统仿真

在电液伺服控制系统设计中,由于传统的数学建模方法比较复杂,使得液压伺服系统的设计周期增长。为了准确快速地完成设计任务,本文利用面向工程设计的高级建模软件AMESim对阀控液压缸电液伺服系统进行了建模和仿真计算,并在改变系统元件参数的情况下,对电液伺服系统的动态特性进行了分析。     

驱动复合连杆机构滚动的液压控制系统特性

针对曲轴连杆机械式滚切剪机构复杂、设备质量大、造价高等问题,研制出液压缸驱动PR-8R-PRⅡ级杆组的复合连杆剪切机构.通过建立复合连杆机构的位置环方程、力矩平衡方程,求解出构件的轨迹曲线及液压缸的位移、双腔平衡力参数及液压控制系统的传递函数.理论与实测结果表明:液压伺服控制系统模型满足了连杆机构复演滚动轨迹的特性要求;该机构构型设计及机构学综合分析数据正确可行,液压伺服控制系统具有较强的鲁棒性和自适应能力,可在复杂恶劣工况下实现较高的位置控制精度,采用非对称阀控制非对称缸的方法能有效解决剪切机构驱动液压缸的换向冲击问题.     

数字缸的动态特性仿真分析

应用螺旋机构原理设计出新型数字液压伺服缸,它是通过控制步进马达的转角直接实现对活塞位移的量化.为获得合适的结构参数,使其具有良好的动态性能,对数字缸进行数学建模,用Simulink工具构建成非线性动态系统模型框图,结合Matlab编程进行动态仿真分析,根据活塞下腔容积、工作载荷、螺旋槽断面尺寸和活塞半径4个主要参数变化获得的动态响应曲线,讨论了数字缸的结构参数和工作参数对动态特性的影响,进行了修正系统设计;结果表明,该结构参数下的数字缸具有优良的动态特性,尺寸小、成本低和抗污染能力强,特别在接近满负载、小行程工况下,性能更佳.因此,该数字缸在数控调整系统中具有很好的应用价值.     

水压直驱式高速开关阀动态特性

针对水压机器人关键控制元件,提出了一种音圈电机直接驱动式水压高速开关阀,并对其结构工作原理进行了介绍,运用AMESim仿真软件建立了水压高速开关阀数学模型,利用AMESim批处理方法分析了阀芯直径、阀孔直径和阀芯半锥角等关键结构单参数对高速开关阀动态性能的影响,并基于遗传算法对开关阀的动态特性进行了多参数影响变化研究,最终确定了开关阀的最优结构参数,为其动态性能的提高提供了理论依据.最后在仿真模拟的基础上研制了水压高速开关阀样机,并对其进行了动态性能试验研究,其开启响应时间为7 ms,关闭响应时间为9 ms,通过理论和试验的对比分析,验证了所研制的水压高速开关阀动态性能满足预期技术要求.     

基于响应面法的机床螺栓结合部刚度辨识与动力学建模

为了研究结合部刚度参数间的耦合关系对机床结合部动态性能的影响,基于响应面函数的选型建立了广义模态固有频率与结合部动刚度耦合和非耦合的函数模型。响应面函数辨识法以结合部模态固有频率这一关键动力学性能为指标,研究了结合部动态特性与结合部刚度参数的数学关系。基于结合部单、双对节点有限元建模方式,结合中心复合实验设计方案和响应面方法理论,分别对两种建模方式建立响应面函数辨识模型。以响应函数模型的响应值与实验测得值的最小二乘法为优化目标,结合非线性规划与遗传算法实现结合部刚度参数的辨识。其中通过响应面函数二次多项式的选型显现多对节点间的刚度耦合关系,揭示了参数间的耦合关系对结合部动力学的影响。为验证此理论和方法的可靠性,以一螺栓结合部为研究对象,制定有限元动力学仿真分析的实验设计方案和采集了刚度组合点,并计算每一组采样点的前11阶模态固有频率。以有限元分析的数据为基础,建立反映螺栓结合部刚度间耦合关系的2次多项式响应面函数,并通过计算响应面模型质量评价指标验证了该模型的有效性。对比分析多刚度耦合、不耦合和单刚度的有限元模型预测精度,结果显示,多刚度耦合的有限元模型在固有频率、振型方面均具有较好预测效果,前11阶模态固有频率平均误差仅为1.6%,论证了考虑刚度间耦合关系的必要性和方法的可行性。     

调速阀式旁路节流调速系统动态特性理论及试验研究

针对负载变化时旁路节流调速回路存在的液压缸输出前冲和液压缸进油腔压力冲击的问题,采用理论分析与试验研究相结合的方法,研究了调速阀式旁路节流调速系统参数变化对系统动态特性的影响.建立了旁路串接调速阀的节流调速系统动态特性的理论模型,并进行了相应的试验研究,试验数据分析结果与理论分析相吻合,为此类型回路系统设计提供了参考依据.     

Modeling and identification of HAGC system of temper rolling mill

Including servo valve, hydraulic cylinder, mill and sensor and ignoring nonlinear factors, the linear dynamic model of hydraulic automatic gage control（HAGC） system of a temper rolling mill was theoretically derived. The order of the model is 4/4, and can be reduced to 2/2. Based on modulating functions method, utilizing numerical integration, we constructed the equivalent identification model of HAGC, and the least square estimation algorithm was established. The input and output data were acquired on line at temper rolling mill in Shangshai Baosteel Group Corporation, and the continuous time model of HAGC system was estimated with the proposed method. At different modulating window intervals, the estimated parameters changed remarkably. When the frequency bandwidth of modulating filter matches that of estimated system, the parameters can be estimated accurately. Finally, the dynamic model of the HAGC was obtained and validated based on the spectral analysis result.     

Multi-objective optimization design for leg mechanism of hydraulic-actuated quadruped robot

In order to improve the robot’s abilities of bearing heavy burdens and transporting in complex terrains,the multi-objective optimization design for leg mechanism of the quadruped robot with hydraulic actuated is studied in this paper. The kinematics and dynamics of the robot are analyzed and the two-dimensional linear inverted pendulum model is adopted in planning the trajectories of joints. Then the mathematical model of valve-controlled asymmetric cylinder and control model of single leg are proposed respectively. In the end,NSGA-II algorithm is used to achieve the multi-objective optimization design of parameters concerning single leg mechanism and PD torque control. The results prove that the optimized leg mechanism can significantly reduce the required maximum power of hydraulic system,thus decrease its own weight and lead to the obtaining of good dynamic performance.     

转叶舵机用复式摆动缸操舵原理

转叶舵机具有结构紧凑、机械效率高、安装简便等优点,在舰船上得到广泛应用。现有转叶舵机为单层液压摆动缸,舵叶转动区间受摆动缸结构限制具有饱和非线性。此外,舵叶受水动力干扰引起的冲舵、滞舵和跑舵现象,严重影响船舶航向控制和舵减摇效果。针对上述问题,以直驱式电液伺服转叶舵机为对象,在建立数学模型,分析水动力对舵角干扰的基础上,提出一种复式结构摆动缸操舵新原理。复式摆动缸采用双层结构,内层为舵驱动缸,外层为力矩解耦缸。内外层转子同向转动,可增大舵叶的工作区间,同时,外层力矩解耦缸转子输出助推力矩作用于舵驱动缸转子,可抵消水动力在驱动缸转子上产生的负载力矩,提高舵叶转动精度,解决舵机运动中的力位耦合问题;内外层转子反向转动,可使舵机及时制动、换向,提高舵机操纵性能。复式摆动缸用于转叶舵机,舵机系统具有较大的稳定裕量,幅值裕度为45.3dB、相角裕度为99.2deg,满足伺服系统设计指标。仿真分析表明,在有外负载干扰下,相较于单层摆动缸加控制策略的操舵方式,复式摆动缸操舵响应速度更快,无超调,达到稳态的速度提升约36%,且稳态误差维持在±0.05°范围内。在跟踪斜率为0.01°/s的斜坡信号时,转舵精度可保持在±0.03°位置误差带内,具有较高的位置控制精度。     

自反馈式水下液压冲击器冲击频率的确定

液压冲击器的工作性能中最重要的是冲击能,冲击能又与冲击频率密切相关．文中首先从自反馈液压冲击器的工作原理出发,根据此冲击器的运动情况,给出了冲击器的活塞杆的冲程与回程的动力学方程,又通过变步长的四阶龙格-库塔法,求解冲程和回程的动力学方程,得出活塞杆运动过程中时间与活塞杆行程的对应关系．最终在理论上得到了此液压冲击器的冲击频率．利用理论计算的方法来研究冲击过程,能够提高设计过程中参数选择的正确性,提高设计工作效率．     

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.     

液压滚切剪液压系统的研究

根据滚动剪切的剪切原理设计液压滚切剪的液压系统.在滚切方程基础上采用比例伺服阀加位移传感器控制液压缸位移的方法来实现滚动剪切的目的.通过建立液压系统3大方程的方法求解出整个液压系统的传递函数,用Simulink仿真分析液压缸的位置控制效果.通过仿真可以确定一些控制参数的范围,但在仿真过程中无法直观检测到液压系统在改变控制参数后产生的超调震荡,须在实际调试过程中做适当调整.液压系统采用的控制策略必须具有较强的鲁棒性和自适应能力,以确保对不同的情况具有比较稳定的补偿精度.现场生产样机液压缸的位置控制精度和高质量的钢板剪切断面证实了该液压系统设计的正确性.     

超冗余液压振动台的模态空间解耦控制

为解决超冗余振动台在带负载工作时自由度间出现耦合运动的现象,提出一种基于模态空间的解耦控制策略.建立液压伺服系统的线性化模型,将液压缸视为液压弹簧,分析超冗余振动台的振动模态方程;通过标准模态矩阵及其逆矩阵,将超冗余振动台由自由度空间转到无耦合的模态空间进行控制;在模态空间应用三状态反馈控制,通过极点配置,实现自由度间的解耦控制.仿真结果表明,该模态解耦控制策略在时域和频域内均可有效降低超冗余振动台自由度间的动力学耦合,提高位姿的跟踪精度.     

大摆角螺旋摆动油缸的设计

介绍了几种大摆角螺旋摆动油缸的结构，及其主要设计步骤和参数的确定．     

随机参数链式机械系统动力特性分析

对求解结构固有频率的传递矩阵进行扩阶,推导了链式机械系统振动分析的扩阶传递矩阵算式．利用扩阶的传递矩阵和系统的边界条件建立了求解系统固有频率的高次代数方程,并应用数值方法求解．建立了随机性结构参数的链式机械系统动力特性分析模型,利用Monte Carlo数值模拟方法获得系统的特征值随机变量的数字特征．两个算例验证了这种模型的合理性和求解方法的正确性,计算出随机参数机械系统固有频的率均值和方差,分析了结构参数的随机性对系统动力特性的影响．