大流量插裝式伺服閥的設(shè)計(jì)與控制方法研究.pdf

1、大流量插裝式伺服閥是很多重大機(jī)械裝備中電液控制系統(tǒng)的核心部件，譬如大型模鍛壓機(jī)、快鍛壓機(jī)、鋁合金壓鑄機(jī)等，目前很大程度上還依賴于進(jìn)口。在以往的研究中，關(guān)于插裝式伺服閥與實(shí)際應(yīng)用工況相匹配的參數(shù)設(shè)計(jì)方法、以及插裝式伺服閥控制器設(shè)計(jì)的研究較少，閥的性能潛力未能得到充分挖掘，性能進(jìn)一步提升受到制約。本文將圍繞上述兩大問題，通過理論建模、仿真分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法展開研究，主要內(nèi)容如下:
　　第一章，對大流量電液比例/伺服插裝式節(jié)流閥

2、的實(shí)現(xiàn)原理及其工程應(yīng)用背景進(jìn)行闡述。在分析了國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，提出了本文的主要研究內(nèi)容。
　　第二章，對插裝式伺服閥結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究。推導(dǎo)了與使用工況相匹配的主動(dòng)式插裝伺服閥一系列結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)公式，平衡各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的相互制約關(guān)系。推導(dǎo)了主閥芯所受液壓力和液動(dòng)力的理論公式和簡化計(jì)算公式，為先導(dǎo)控制腔的參數(shù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，并為后續(xù)控制器的設(shè)計(jì)提供了負(fù)載模型。
　　第三章，對伺服比例閥的整體性建模研究。建立了

3、電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器的集中參數(shù)模型，體現(xiàn)了滯環(huán)、非線性電感等常見的電磁鐵非線性特征。建立了閥體機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的模型，通過直接測量與間接估算確定了各主要參數(shù)值。根據(jù)實(shí)驗(yàn)擬合了穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的數(shù)學(xué)模型。設(shè)計(jì)了開環(huán)和閉環(huán)兩種實(shí)驗(yàn)測試方法，驗(yàn)證了模型的有效性。通過零位處的線性化方法，獲取了閥的標(biāo)稱模型，得到其傳遞函數(shù)及狀態(tài)空間表達(dá)式，以及各主要參數(shù)的線性化參數(shù)值及變動(dòng)范圍。
　　第四章，對伺服比例閥的非線性滑模控制方法研究。根據(jù)伺服比例閥的標(biāo)稱模型頻

4、響曲線，分析了曲線上各漸近線方程所代表的動(dòng)力學(xué)約束，推導(dǎo)了這些約束與閥模型參數(shù)間的函數(shù)式，以此作為后續(xù)滑?？刂破髟O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。根據(jù)閥的各參數(shù)值和閥芯行程限制，采用了基于加加速度約束下、代表時(shí)間最優(yōu)階躍響應(yīng)的非線性滑模面，并據(jù)此設(shè)計(jì)了滑?？刂葡到y(tǒng)。通過仿真和實(shí)驗(yàn)分別測試了伺服比例閥的閥芯位置閉環(huán)階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)，并與閥原始配套的模擬PID控制器作了對比，從而驗(yàn)證了上述滑?？刂破鞯男阅?。
　　第五章，對伺服比例閥的改進(jìn)型滑?？刂品椒ㄑ?/p>

5、究。針對第四章的非線性滑?？刂破?，分析了其不足之處，并提出了多項(xiàng)改進(jìn)方法。引入積分器以解決滑?？刂浦蟹€(wěn)態(tài)精度得不到保證的問題。提出了兩種速度前饋補(bǔ)償?shù)姆椒?，以提高閥芯的軌跡跟蹤能力。采用了高/低壓電源切換技術(shù)，進(jìn)一步提升閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。提出了對閥身自帶的LVDT位移傳感器改造的辦法，提取了閥芯運(yùn)動(dòng)的位移、速度和加速度信號全狀態(tài)反饋信號，并成功應(yīng)用于滑?？刂浦?。設(shè)計(jì)了基于加速度和加加速度聯(lián)合約束下、代表時(shí)間最優(yōu)階躍響應(yīng)的非線性滑模面，并設(shè)計(jì)

6、了相應(yīng)的滑模控制器，給出了應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制中的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)則和計(jì)算流程，實(shí)現(xiàn)了不同負(fù)載下滑模狀態(tài)的穩(wěn)定性和顯著增強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)能力。
　　第六章，大流量插裝式伺服閥的非線性控制方法研究。針對先導(dǎo)級伺服比例閥的頻響遠(yuǎn)低于主級閥頻響的特點(diǎn)，忽略主閥芯動(dòng)態(tài)，建立了插裝式伺服閥的簡化三階模型，并據(jù)此設(shè)計(jì)控制器。采用了基于模型補(bǔ)償?shù)聂敯艨刂坪头床娇刂品椒?backstepping)改造系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程、配置系統(tǒng)的極點(diǎn);采用基于Lyapunov函數(shù)和