直驱式电液伺服系统摩擦补偿研究

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直驱式电液伺服系统(Direct Drive Volume Control)是液压系统的一次技术革命。这种新型的电液伺服系统通过变频对电机控制,直接驱动定量泵转动进而带动负载运动。该系统具有电动机控制灵活快速和系统出力大等多重优点,且直驱式电液伺服系统组成简单,控制方便,系统的能源利用率很高,可以代替传统的电液伺服系统,在锻压机和成型机等方面已经得到了广泛的应用。直驱式电液伺服系统通常应用于高精度的场合,对于直驱式电液伺服系统的低速性能要求很高,而负载摩擦是影响系统低速性能和精度的重要因素。从技术和可行性方面来考虑,通过改变物体工艺等手段来削弱直驱式电液伺服系统中摩擦环节带来的影响受到了很大的制约。因此,在系统中加入摩擦补偿环节来进行摩擦补偿具有非常好的理论意义和应用前景。本文首先对直驱式电液伺服系统进行数学建模,将直驱式电液伺服系统分为电机和液压驱动两部分,分别对这两部分进行工作原理分析和理论建模,并求得其传递函数。然后,在Matlab仿真软件中完成交流电机仿真模型的建立,利用AMESim仿真软件完成了直驱式电液伺服系统中液压驱动部分的仿真模型的建立,将两部分进行整合得到了直驱式电液伺服系统的Matlab-AMESim联合仿真模型。本文接下来对理想情况下的直驱式电液伺服系统进行仿真分析,得到了理想状态下系统对输入的跟踪响应曲线,系统处于稳定状态。本文选择了Stribeck摩擦模型和Leuven摩擦模型分别对摩擦特性进行描述,并将两种摩擦模型分别封装成子模块,加入到直驱式电液伺服系统仿真中,分析摩擦环节对直驱式电液伺服系统输出特性的干扰,最终得到系统由于摩擦环节的存在,导致系统出现爬行、死区等现象,系统运行不稳定。本文最后通过分析负载摩擦对直驱式电液伺服系统造成的干扰,分别设计了基于Leuven模型改进的控制器、抗饱和控制器以及PID补偿控制器,将控制器分别加入到含摩擦干扰的直驱式电液伺服系统仿真模型中,建立含有摩擦补偿控制器的直驱式电液伺服系统仿真模型。经过仿真分析,验证了在加入基于Leuven模型改进的控制器、抗饱和控制器时,系统运行稳定且跟踪信号良好,完成了直驱式电液伺服系统摩擦补偿研究。
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