基于泵阀联合控制的负载口独立系统试验研究

为了解决工程机械液压系统能耗高、效率低的问题,提出负载口独立节能系统的泵阀联合控制策略.系统每个执行器由2个比例方向阀分别控制进出口,多个执行器共用一个电比例变量泵.同时考虑变量泵与比例方向阀,设计2层结构的控制器实现该系统的运动控制及节能控制.上层控制器通过负载与指令速度选择合适的工作模式;下层控制器根据选择的工作模式,采用计算流量反馈的速度控制和压力反馈的背腔压力控制调节进出口比例阀阀口开度,利用变压力裕度的电液负载敏感方法控制变量泵的排量.为了验证提出的控制器的有效性,在2t小型挖掘机上,针对挖掘机动臂和斗杆的运动进行试验.试验结果表明,根据不同的工况,动臂和斗杆执行器可以选用相应的工作模式,在满足控制要求的情况下尽可能降低系统能耗;变压力裕度的排量控制器可以根据指令速度改变系统压力裕度,降低传统负载敏感系统压力裕度过大导致的能耗.

负载口独立控制系统压力速度复合控制的耦合特性

以2个比例方向阀组成的负载口独立控制系统为研究对象,分析其压力与速度复合控制中的耦合特性.基于相对增益矩阵,推导反应其相互干扰程度强弱的耦合因子;理论分析其耦合程度与系统不同工作参数之间的关系,总结降低耦合程度的负载口独立系统设计及控制准则.通过仿真模型以及2t小挖系统试验测试,分析该系统的速度及压力特性,验证理论分析的正确性.针对耦合特性的准确分析可为改善负载口独立系统多变量控制性能提供了理论参考.

负载独立流量分配(LUDV)控制系统

介绍了负载独立流量分配 (LUDV)控制系统的基础理论 ,着重论述了负载独立流量分配原理。

负载口独立控制系统的节能边界

为了找寻负载口独立控制系统的极限节能边界,并明晰其节能机理,建立传统阀控系统和负载口独立控制系统的静态效率与静态能耗模型,利用归一化处理使模型转化为无量纲形式。选取与传统阀控系统可比拟的2种工况,即同泵源压力和同阀口开度,在负载口独立控制系统处于节能极限时(出油阀口全开)进行对比。仿真分析不同工况下2种系统的静态效率与能耗对比情况,并绘制效率分布谱获取全工况下效率分布对比情况。结果表明:同泵源压力下,负载口独立控制系统最多能提升阀控液压系统效率约5.7%,降低能耗约22.7%;同阀口开度下,负载口独立控制系统最多能提升阀控液压系统效率约19.4%,降低能耗约53%。负载口独立控制系统能够降低阀口节流损耗,进而降低阀控液压系统能耗。

基于容腔压力规划的非模式切换负载口独立电液系统运动控制

负载口独立系统是近年来电液系统的研究热点,但该系统在控制设计上呈现“双输入单输出”特性,控制设计的灵活性是其中关键问题;现有研究主要采用模式切换方法,但不同模式下执行器同一容腔的控制目标频繁切换,易造成压力波动。为此,提出基于容腔压力规划和压力跟踪控制的负载口独立系统控制方法,首先基于液压缸理想驱动力,为有杆腔规划出连续可导的压力参考轨迹,进而为两腔单独设计压力跟踪和运动跟踪控制器,从根本上避免模式切换造成的控制目标不连续。最后,针对动态的正、负负载工况,与主流模式切换方法开展对比试验,证实模式切换导致压力波动的现象,验证此方法可以有效降低容腔压力波动幅度,使负载口独立控制系统的动态过程更为平稳。

基于两级模糊控制器的独立负载液压系统的压力流量复合控制特性研究（英文）

目的:常规负载口独立控制研究多采用商业阀进行,因其阀芯位移控制器为封闭式结构,所以阀芯位移的动态特性难以调整,进而影响了系统的压力和流量控制性能。本文旨在探讨负载口独立控制系统中阀芯位移特性对系统压力和流量控制的影响,并研究提高系统压力和流量控制性能的方法。创新点:1.设计基于两级模糊比例积分微分(PID)的压力和流量控制器;2.设计基于阀芯位移反馈的流量控制器;3.建立试验模型,成功实现液压系统高动态压力流量复合控制。方法:1.通过理论分析得到影响系统压力和流量的关键因素(公式(9)和(13));2.提出位移控制为内环、压力和流量控制为外环的两级模糊PID控制算法,并开发相应的控制系统(图2～4);3.通过仿真和实验分析,验证本文提出的控制器所具有的阀芯位移、系统压力和流量的控制效果(图13～18)。结论:1.两级模糊PID控制器具有较好的系统压力和流量控制效果;2.基于阀芯位移反馈的流量控制器具有较高的流量控制精度;3.运用本文设计的可编程控制系统进行液压系统的压力流量复合控制,稳定时间小于200 ms,使系统动态特性得到提高。

负载口独立方向控制系统阀控策略

为获取良好的执行器速度稳定性,介绍了负载口独立方向控制系统的结构和工作原理、各控制器的功能及控制器之间的信号传递关系;采用速度闭环控制方法,以比例电磁换向阀液导值K_a、K_b为控制参数控制比例电磁换向阀的阀芯位移,达到控制执行器速度的目的.提出了系统等效驱动压力P_(eq)、系统等效液导K_(eq)的概念及两者之间应满足的关系,并推导出P_(eq)、K_(eq)的计算方法;分析了系统等效液导K_(eq)与执行机构进、出油口处比例电磁换向阀液导值K_a和K_b相关的敏感性,得出了系统速度敏感性最低时K_a和K_b最佳配比关系,并针对执行元件不同工况建立了具有较好速度稳定性的阀控策略.

液压挖掘机工作装置的自适应控制

首先介绍了试验挖掘机机器人的电液比例系统及其控制系统的硬件结构,结合所采用的负载独立分配(LUDV)系统的特点给出了电液比例系统的数学模型,在此基础上,根据试验结果对电液比例模型进一步进行简化,得到了设计控制器所需的参考模型.然后以局部参数最优法为基础设计了自适应控制器,给出了自适应控制律.最后对铲斗轨迹跟踪控制进行了试验研究,通过试验结果对所设计的控制器与常规比例-积分-微分(PID)控制器跟踪设定直线的效果的比较分析,可知使用PID控制器所得到的跟踪误差大于110 mm,而使用所设计的控制器其跟踪误差可以控制在100 mm之内,精度有了一定的提高,并且铲斗运动速度从107 mm.s-1提高到135 mm.s-1,非直线度从4.8%降为3.8%,从而验证了所设计控制器的正确性和有效性.

LUDV多路阀中节流阀的仿真分析

LUDV多路阀中LS油路的节流阀是LUDV液压系统的重要流量控制元件,其性能的好坏直接影响LUDV系统的节能性和稳定性。针对这些问题,分析了LUDV多路阀中节流阀的结构和功能,并在AMESim环境下建立了节流阀的仿真模型,通过改变节流阀的节流孔和弹簧预紧力等参数值进行了仿真。仿真分析结果表明:节流阀的定流量值设计为多少,与LS油路压力的响应有关;流量设定太大,LS压力响应慢,LS油路未必能建立起足够的压力;流量设定太小,响应太快导致系统压力冲击,且易形成LS油路憋压。

液压挖掘机四自由度自适应控制

分析了挖掘机器人自动控制的研究现状,给出了试验机器人的电液系统原理示意图,根据试验机负载独立流量分配(LUDV)系统的工作原理推导出了试验机整机的数学模型.通过试验与理论相结合的方法对电液比例模型进行合理的简化,得出了自适应控制器的参考模型;然后采用寻找局部参数最优的方法完成了自适应控制器的设计;最后以山河智能SWE17E为基础搭建了试验平台.试验结果表明:采用经典PID算法与设计的控制器得到工作臂最大倾角跟踪误差分别为13.8%和6.8%,说明设计的控制器一定程度上提高了控制精度,而且稳态响应速度也有较明显的提高,表明整个系统具有较好的稳定性和鲁棒性.