风洞阀控电液伺服系统的精确控制研究

来源 :中国空气动力研究与发展中心 | 被引量 : 3次 | 上传用户:zjlyqgf888
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电液伺服控制系统综合了电气和液压两方面的优点,具有输出功率大、刚度大、结构紧凑、易于实现无级变速等优点,特别适合于风洞调节机构负载质量大、要求响应速度快等特点,因此在风洞中得到广泛应用。风洞中最普遍的是阀控非对称缸形式的电液位置伺服系统,如多种结构形式的模型支撑装置。由于结构正反两方向上的非对称性以及部分系统参数具有不确定性,阀控非对称缸电液位置伺服系统完整、精确的数学模型很难建立。同时,风洞模型支撑电液伺服执行机构要求在宽调速范围内实现驱动油缸位置和速度的精确控制,利用常规单只伺服阀控液压缸,采用PID控制方法难以达到上述指标要求。本文采用理论分析、数值仿真和试验相结合的方法,对上述问题开展了研究,共分为六章,各章内容如下:第一章为绪论,简要介绍了电液伺服系统和电液伺服阀的原理、构成和分类,简述了风洞中典型的电液位置伺服系统的特点及其控制上所面临的问题、研究背景,并介绍了本文的工作。第二章建立了风洞中普遍采用的阀控非对称缸电液位置伺服系统较为精确的数学模型。考虑到阀控非对称机构在正反两个方向上的非对称性,对正向和反向分别予以建模。基于能量守恒原理重新定义了负载压力和负载流量,并根据液压弹簧刚度理论分析了液压固有频率最小时非对称缸的初始位置和总容积。最后综合电控系统数学模型,给出了整个电液位置伺服系统的传递函数,并以某阀控非对称缸电液位置伺服系统为例,计算了其各环节的传递函数。第三章首先简单介绍了液压仿真技术和常用的仿真软件MATLAB/Simulink和AMESim。然后分别利用Simulink和AMESim对第二章提到的电液位置伺服系统进行建模与仿真研究,比较了两种方法各自的优缺点。最后利用AMESim对Simulink的接口功能,针对同一系统建立了AMESim/Simulink的联合仿真模型,取长补短,发挥了两种软件各自的优势。第四章针对连续变姿态角时油缸非线性速度精确控制的难点,提出速度位置复合控制策略。针对风洞中模型支撑电液伺服执行机构运动速度范围宽、定位精度高的特点,提出小流量零遮盖伺服阀和大流量正遮盖伺服阀并联控制的方案。利用仿真软件AMESim建立了单伺服阀控液压缸电液位置伺服系统、双伺服阀并联控液压缸电液位置伺服系统的仿真模型,考察控制方法的可行性。第五章基于NI PXI嵌入式实时控制系统搭建了双伺服阀并联电液伺服系统试验平台,实现了基于速度前馈与位置反馈控制策略的验证试验。仿真结果表明,采用速度/位置复合控制技术的双伺服阀并联控制系统可以实现宽速大流量范围内实现油缸位置和速度的同时精确控制。第六章是总结与展望,对全文工作进行了简要的总结,明确了需进一步开展的研究工作。
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