随着我国现代工业装备技术逐渐朝精密和智能化方向发展,液压系统作为航空航天、工程机械等工业设备领域的核心组成部分,其工作性能的稳定性至关重要。变转速泵控液压缸是伴随伺服电机调速技术发展起来的一种节能型液压传动系统,由于其运行过程较为复杂,表现出较强的非线性和非平稳性特征,尤其在极低速状态下经常产生爬行、抖振、蠕动等非线性运动现象,造成极端工况下运行的液压设备经常失稳,不能满足某些特殊工况的需要。因此,研究变转速泵控液压缸系统失稳产生机理是抑制和消除爬行、抖振现象的根本途径,对于该类型液压系统低速性能的提升具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以永磁同步电机驱动的齿轮泵控液压缸系统为研究对象,依据非线性动力学理论及其研究方法对系统典型工况下的失稳机理进行了深入分析,揭示了非线性因素对系统运动行为的影响规律,提出用分数阶PID控制方法提升液压缸的低速运行性能。主要研究内容如下:1.分析了变转速齿轮泵控液压缸的工作原理以及动力学特性,在构建系统的关键元件数学模型的基础上,建立了反映系统全局时域特性动力学方程,提出了系统低速性能评价方法与性能指标。2.以变转速泵控液压缸系统执行机构为研究对象,根据机械和流体动力学,分析了泵源激振力、系统阻尼系数及液压油非线性刚度系数对于执行机构失稳的影响规律。通过数值仿真实验,运用典型的非线性振动研究方法,如分岔图、时间-位移历程图、相轨迹图和功率谱图表征执行机构失稳的产生规律,利用已有的变转速齿轮泵控液压缸实验平台检验了研究方法的可行性。3.为改善系统的低速运行性能,利用MATLAB/Simulink仿真软件对基于分数阶PID控制器的变转速齿轮泵控液压缸数学模型进行了参数化数值仿真分析,结果表明:设计的分数阶PID控制器可以作为系统低速性能提升的技术手段。采用自适应差分进化算法对5个控制参数进行了整定和优化,最后,通过实验证明了控制策略及方法的有效性。研究内容为变转速泵控液压缸系统的失稳机理以及工作性能的评价和改善提供了新思路。