摘要：为解决泵控单出杆液压缸存在的面积不对称以及电动缸功率密度低等问题,提出采用闭式泵控液压马达代替伺服电机驱动滚珠丝杠的新型液压回转-机械直线执行器系统。同时,针对新系统由于泄漏死区所导致的难以实现准确定位的缺陷,设计一种带有负载前馈的变论域模糊PID来对死区进行补偿控制,该补偿方法充分考虑系统的非线性、扰动的不确定性,在原理上不严格依赖于系统的数学模型,能够在死区变化时对控制系统进行自适应在线调整。后在Simulink和SimulationX中建立该系统的联合仿真模型,研究结果表明,与传统的PID控制器相比,所提出的带有负载前馈的变论域模糊PID不仅有效地解决系统的死区补偿问题、显著地提高系统的定位精度,同时改善系统的动态响应特性,并使系统兼具良好的稳定性和抗干扰能力。

摘要：压力补偿控制流量方法,应用广泛、控制可靠,但受机械结构限定,存在控制精度低、功能单一、流量范围受限等不足,难以适应主机智能化发展。为此,提出基于主动压差调控的变增益流量控制原理,在补偿器阀芯上增设力控制单元,改变阀芯受力平衡状态,实现主阀压差的主动可调,达到变增益控制流量目的。研究中,首先理论分析压差调控的变增益流量控制原理,并给出比例电磁铁直驱方案;进一步设计扰动补偿策略,解决补偿器控制精度低的难题,设计非线性流量校正策略,自定义设定阀口流量曲线;最后,采用试验验证所提原理和控制策略的可行性。研究结果表明,通过连续控制比例电磁铁输出力,主阀压差、流量能够跟随变化,实时改变压差,主阀能够获得不同的流量增益和流量范围;补偿液动力后,流量控制精度提高,稳态负载下主阀流量控制偏差由补偿前的27%降低至4%;采用非线性流量校正策略后,可自主设定阀口流量曲线,基于同一阀口实现多种节流槽流量控制效果。

摘要：针对阀控多执行器复合作业系统节流损失大、动势能浪费严重等问题,提出一种多执行器载荷差异储能均衡原理。首先对多执行器系统功率分配特性进行分析,明确了载荷差异产生节流损失的原因是动力源压力与最大负载相匹配,导致其他执行器控制阀产生过大的压力损失。然后建立了载荷储能均衡液压挖掘机联合仿真模型。并设计电液储能单元控制各执行器进油腔的压力相等,从而消除执行器载荷差异造成的节流损失。在动臂、铲斗同时动作时,与流量匹配系统相比,所提系统节流损失降低达75%,系统效率提升39%;同时,电液储能单元实现了传统压力补偿器的压差调控功能,显著提升了系统运行平稳性。

摘要：针对阀控液压缸节流损失大,电机械执行器带载能力弱的问题,通过液压缸活塞与电机械执行器螺母刚性连接的方式,将两类执行器集成为新型的机电液混合驱动直线执行器,主要由电机械驱动机构和液压驱动机构组成。电机械驱动机构用于执行器运动控制,液压驱动机构具有功率放大功能,用于提高执行器带载能力。研究中,活塞杆设计为中空结构用于长行程丝杠的安装,活塞上增设有通油孔用于油液的快速流通。通过密封设计,将活塞两侧设计为可充高压油液的容腔,采用ANSYS Workbench有限元软件对新型执行器零部件进行强度校核。最后,制造执行器试验样机并构建性能测试平台,测试结果表明,设计的机电液混合驱动直线执行器密封效果良好,运动过程中启制动平稳,具有良好的速度与位置控制特性;执行器液压驱动机构增力效果显著,且节流损失较小。所提机电液混合驱动直线执行器融合了液压驱动和电机械驱动的优点,为实现高能效高功率密度直线驱动提供了一种新的思路。

摘要：针对直动式比例换向阀在实际运行工况中受到非线性摩擦干扰的问题,从基于模型的摩擦补偿角度出发,提出了一种基于反步设计法和遗传算法的联合控制算法。首先,采用受力分析法,推导了直动式比例换向阀的运动学方程,并使用斯特里贝克(Stribeck)摩擦模型描述了系统中受到的摩擦干扰的特性;然后,采用反步方法及李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论,设计了自适应控制器,结合遗传算法,解决了参数自适应律中存在的参数耦合问题,并利用MATLAB软件对摩擦名义模型参数的在线辨识精度进行了测试;最后,搭建了比例阀特性实验测试平台,进行了直动式比例换向阀阀芯位置的跟踪响应测试,根据仿真结果,对基于反步设计法和遗传算法的联合控制算法的摩擦补偿及控制效果进行了验证。研究结果表明:在基于反步设计法和遗传算法的联合控制算法的控制下,阀芯位置跟踪响应误差可自动调整到1%以内;基于反步设计法和遗传算法的联合控制算法可以在基于较高精度在线参数辨识及自适应优化控制器参数的情况下,有效地消除直动式比例换向阀实际运行工况中的摩擦干扰,并对比例阀阀芯进行状态反馈自适应控制。

摘要：电梯作为高层建筑运输人及货物的设备,自发明至今一直为人们的出行提供便捷;但诸多研究表明电梯能耗占高层建筑总能耗的20%左右,尤其是在能源供需矛盾日益突出的今天,电梯能耗已成为制约其发展和应用的主要问题。为降低电梯能耗,达到电梯节能运行的目的,结合曳引电梯的结构特点、运行特性及能耗特性,提出并设计一种新型的电-液混合驱动高能效曳引电梯节能系统。对传统电梯的运行特性进行分析,进而对提出的新型节能原理进行分析。建立曳引电梯能耗的仿真模型,并对传统电梯和节能电梯运行过程中的能耗进行仿真分析,仿真结果表明新型节能系统的节能效果明显。搭建电梯节能综合试验平台,通过在高层建筑进行能耗试验,验证仿真模型的准确性,试验结果表明新型节能系统的节能效率约为10%～14%。本文的研究成果不但是曳引电梯节能方面的发展方向之一,而且在其他垂直提升机械中也具有较好的应用前景。

摘要：流量反馈型电液比例阀是一种较为复杂的高阶非线性系统,传统PID对其控制效果不佳。为提高该阀的控制性能,提出一套基于模糊控制理论的参数自整定PID算法。分析电液比例阀工作原理,设计一种两输入三输出的模糊自整定PID控制器;采用Simulink和SimulationX软件,分别建立模糊PID模型和电液比例阀模型,对电液比例阀的控制特性进行仿真分析。结果表明:采用所设计的模糊PID控制器,可有效改善新型电液比例流量方向阀稳定性和动态性能。

摘要：阀控伺服系统动态响应快、控制精度高,但始终存在大的节流损失。泵控差动缸系统消除了节流损失,需要解决差动缸面积差造成的不对称流量问题。其中,单泵控差动缸系统,结构简单,使用辅助油源平衡不对称流量,但存在压力控制难、系统刚度差等问题;双泵控差动缸系统,匹配双泵排量比和缸两腔面积比平衡不对称流量,需要设计双液压泵协同控制算法。针对上述问题,提出了分腔独立变转速泵控差动缸电液伺服系统,采用两台变转速开式泵分别驱动差动缸两腔,自动适应差动缸不对称流量,不需要额外辅助油源和节流元件。借鉴阀控系统的静压平衡特性,设计了双泵协同控制的总压力策略,使液压缸在动、静态时两腔压力和保持定值,实现系统的预压紧和泄漏补偿,提高了系统刚度。为提高位置阻尼比和稳定性,进一步引入了加速度反馈对系统校正。理论分析和试验结果表明,系统具有好的动、静态特性,在四个象限内具有相同的速度增益,能够四象限驱动负载,仅采用简单的比例控制就能获得高的定位精度,控制特性与阀控系统类似,适用于液压电梯、压力机、注塑成型机等大功率工业设备。

摘要：齿轮泵具有结构紧凑、体积小、转速范围大和耐冲击性能强等优点,作为动力元件广泛应用于液压系统。然而,与柱塞泵和叶片泵相比,齿轮泵难以实现变量控制,限制了其应用范围。为此,提出一种变滑块位置-困油区域的齿轮泵变量方式。对变量齿轮泵进行理论分析,通过联合仿真和流场可视化仿真详细分析变量齿轮泵的特性;建立试验台对理论和仿真结果进行了验证。研究结果表明,通过改变变量模块位置,调整困油区域,齿轮泵排量可在88%~100%变化;研究工作将齿轮泵的变量设计提供帮助。

摘要：液压系统与电-机械系统是广泛应用于航空航天、工业、非道路移动机械等领域的两种不同驱动方案。在实际中,两者通常单独使用,电-机械驱动方案能效高,但承载能力弱,液压驱动方案功率密度大、动态响应快,但能量效率低。为此,结合两个驱动方案优点,集成设计电-机械执行器与液压缸,构建一种新型液电混合直线驱动系统,分析系统工作原理及两个非相似驱动子系统耦合特性、力纷争现象及其影响。在此基础上,提出一种电-机械驱动单元运动控制与液压驱动单元力控制的调控方案。研究结果表明,采用所提调控方案可减轻两个非相似驱动子系统耦合作用,在液压阀低压损的同时,可获得良好的位置控制特性。新型液电混合直线驱动系统将为液压系统和电-机械系统的进一步发展提供新思路。