基于主被动负载的负载独立口双阀节能控制系统研究

为保证电液伺服系统控制精度高、负载能力强、频率响应快等特点,同时实现降低成本、节省能源的性能,提出了一种基于主被动负载的负载独立口双阀节能控制系统,由负载独立口双阀控制系统和节能恒压伺服泵站构成.首先从机理上建立了该组合系统的数学模型,分析其静态工作点和节能性能.同时具体研究可能存在的4种复杂工况和4种控制模式.并据模型特性,设计了非线性且抗干扰较好的鲁棒自适应控制器及控制策略.最后设计实验平台进行对比实验验证该系统的可行性、控制性能和节能效果.

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。

气动伺服系统全局稳定快速收敛负载独立压力观测器

在气动伺服系统中实现高精度控制,通常需要采用要求全状态信息的基于模型的非线性控制算法。鉴于轻量化的设计要求或者出于成本的考虑,构建压力观测器来代替压力传感器。首先,采用李雅普诺夫稳定性理论来论证所设计的压力观测器的全局稳定性。其次,通过试验研究,选取满足试验要求的多变指数值。然后,任意设定偏离实际值的压力观测器初值,以证实该压力观测器收敛迅速且不断逼近真实值。另外,通过作用一个变刚度的载荷于系统,以证明该压力观测器是负载独立的。最后,试验表明采用所设计的压力观测器来实现气动系统的伺服控制是有效的、可行的。

负载独立流量分配多路阀三通压力补偿器仿真分析

分析了负载独立流量分配(LUDV)多路阀的内部结构和工作原理;根据简化的LUDV系统进行受力计算,对LUDV多路阀中三通压力补偿器的压力补偿作用进行分析;以AMESim为平台建立模型,对压力补偿器的进出口压力特性进行了仿真分析,验证了相关参数设计的合理性和正确性,为LUDV多路阀的结构优化提供了依据。

负载独立控制技术对液压系统效率的影响

排放法规给机器的设计者及使用者带来的许多挑战,但这当中的很多挑战都是可以通过优化液压系统的效率来解决。本文主要介绍如何为液压缸控制系统选择合适的阀。讨论两种不同类型阀的功能差异对机器操控性及效率的影响。同时,也介绍高端负载独立控制阀的先进性。

液阻全桥网络负载口独立电液系统节能控制策略仿真

针对传统电液控制系统节流损失大、能耗高、效率低的问题,采用液阻全桥网络搭建了具有负载口独立控制特性的新型电液控制系统,详细研究了该系统在典型四象限负载下的节能控制策略。液阻全桥网络电液系统由5个二位二通比例阀组成,根据其具有的负载口独立控制特性,将系统归纳为传统三位四通、负载口独立和负载敏感3种控制模式。传统三位四通下,两负载口开度控制模拟三位四通进出口耦合形式;负载口独立模式下,采用一腔控制流量另一腔阀口全开的控制策略;负载敏感模式下,控制泵出口压力比进油腔压力高一个定值,从而实现负载敏感功能。在超越负载下,3种模式都使用流量再生回路进行节能控制。AMESim+Matlab联合仿真结果表明,与传统的三位四通模式相比,三位四通流量再生、负载口独立、负载口独立流量再生、负载敏感模式分别节能43.38%、65.27%、77.91%、83.58%。

负载口独立控制系统非线性滤波振动抑制方法

针对负载口独立控制系统在作业过程中时常因控制信号突变而造成执行器速度振荡及液压缸两腔压力波动,从而导致操作舒适性和机器可靠性降低甚至引发安全事故的问题,首先,分析了负载口独立控制系统压力流量复合控制策略以及传统阻尼补偿方法抑振的局限性,阐明了引发速度振荡与压力波动的原因;然后,基于该控制系统,提出了采用非线性滤波器修改突变控制信号的抑振方法,并给出了非线性滤波器的边界选取原则;最后,设计了负载口独立控制系统的进出口阀控制器,通过修改参考流量信号,降低了不同突变信号对执行器速度带来的影响。基于20 t挖掘机负载口独立控制系统开展数值仿真,结果表明:相较于传统阻尼补偿方法,采用所提方法能够有效降低阶跃、斜坡信号引起的执行器速度振荡与压力波动,且在动臂液压缸全伸、全缩典型工况下压力波动较小,并使速度振荡降低了32.5%~64.7%,从而有效改善了系统的动态特性。

负载口独立控制的压铸机比例插装压射速度系统研究

以压铸机压射系统为研究对象,针对只采用出口比例插装阀系统出现启动冲击、低速稳定性差、高速易超调和工作压力高等问题,提出一种独立阀口控制的速度系统,对出、入口比例插装阀同时采用前馈加反馈复合控制。通过采用双比例插装阀对进、出口速度控制的压铸机压射系统进行分析,建立关键元件和压射系统仿真模型,并在现场压铸机上进行试验验证。结果表明,这种控制方式能够消除启动时的瞬间速度前冲,提高了低速段时速度稳定性、降低了高速段超调,并且减小了出口比例插装阀的工作压力,同时也证明了联合仿真的有效性,为同类系统的设计提供参考。

基于自抗扰控制器的液压机独立负载敏感系统优化

液压机在大负载下的控制稳定性对生产效率和产品质量具有重要影响。考虑到大部分负载敏感系统都面临着进出油口联动节流的情况,设计了一种对系统信息需求低以及具备优异抗干扰性能的负载敏感系统。以扩张状态观测器(ESO)对系统总扰动状态实时估计,利用扰动补偿律完成补偿过程,显著改善系统闭环性能。构建得到AMESim仿真模型实施仿真测试,研究结果表明:加入正弦干扰前后,相比较PID控制ADRC控制方式达到更小系统跟踪误差。位置自抗扰控制器能够补偿干扰力对位置产生的影响,获得更强鲁棒性。该研究有助于提高液压机控制效率,为后续参数优化奠定一定基础。

截割部升降油缸负载口独立控制研究

针对传统掘进机截割部液压系统控制自由度低、背压高、灵活性差等问题,采用负载口独立控制技术对截割部升降油缸进行控制,实现升降油缸压力、速度独立控制。介绍截割部升降油缸负载口独立控制液压系统设计思路,提出了基于升降油缸2种工作状态的独立控制策略;其次,利用AMESim和MATLAB软件搭建了截割部机械-液压-控制联合仿真模型,通过对升降油缸伸出和缩回过程的阶跃控制仿真、正弦控制仿真以及工况切换控制仿真,验证了升降油缸负载口独立控制液压系统及其控制策略的有效性。

基于负载口独立控制的挖掘机动臂系统节能研究

针对传统挖掘机动臂液压系统能耗大、势能利用低等问题,以挖掘机动臂为研究对象,设计基于负载口独立控制的动臂液压系统。在主动型负载工况缩回工况下,对动臂液压系统进行了压力-流量特性分析,获得阀口开度与活塞杆速度的关系;采用机械动力学仿真软件ADAMS和液压系统仿真软件AMESim,分别建立传统动臂液压系统和基于负载口独立控制的动臂液压系统联合仿真模型,并对2种动臂液压系统在主动型负载工况缩回工况进行联合仿真分析。仿真结果表明:2种动臂液压系统都能获得较为线性的活塞杆运动速度,而且与传统动臂液压系统相比,基于负载口独立控制的动臂液压系统的势能利用率明显提高,提高了约44.3%。

基于IndRNN-1DLCNN的负载口独立控制阀控缸系统故障诊断

为了解决负载口独立控制阀控液压缸系统故障信息相似表征下的故障元件识别难题,提出基于独立循环神经网络(IndRNN)和一维大核卷积神经网络(1DLCNN)结合的故障诊断方法.构建负载口独立控制阀控液压缸系统,针对系统提出压力与位移信号的状态感知方案,分析了系统故障的信号特征.设计一种基于IndRNN-1DLCNN的深度神经网络模型,模型引入残差结构进行多层IndRNN设计并引入1DLCNN增强全局信息捕捉能力,实现多源信号的融合,识别发生故障的具体元件.结果表明在不同的负载工况下,利用提出的方法均能够准确地将系统故障定位至4个先导阀、2个主阀、1组位移传感器以及1个液压缸共8类具体元件,系统的整体诊断准确率最高达到96%,单一元件的故障识别准确率均大于93%.

电液比例负载口独立控制系统压力流量控制策略

介绍了电液比例负载敏感负载口独立控制系统组成结构和工作原理,建立了该系统的数学仿真模型;针对执行元件的不同工况,分别设计了基于计算流量反馈的速度控制器和基于压力闭环控制的压力控制器,实现了系统的压力流量复合控制;仿真和实验结果表明,该控制系统有较高的速度控制精度和良好的节能效果。通过变参分析,研究负载口独立阀单元频响和阻尼及死区对系统控制性能的影响,为负载口独立阀单元的开发和应用提供理论指导。

负载口独立控制负载敏感系统模式切换特性

传统负载敏感系统在多执行器复合运动而执行器负载差别较大时系统效率低,为改善系统效率,研究新型负载口独立控制负载敏感系统模式切换控制器的设计方法.通过理论推导对比承受轻、重负载执行器支路在不同工作模式下的能耗特性,以减少系统能耗为准则得出不同支路的工作模式选择标准及模式切换的控制方法,并通过实验方式验证所提出的模式切换方法的有效性.模式切换控制实验中执行器速度控制平稳,背腔压力波动小而且维持在低压值,改善了系统的节能性能.研究结果表明,模式切换方法切实可行,负载口独立负载敏感系统在保证系统速度控制特性的前提下,能够进一步提高系统的节能性能.

负载口独立控制系统静态工作点选取原则及仿真分析

采用液压阻力回路方法对负载口独立控制系统进行静态建模以求取最佳静态工作点。总结出了独立控制系统液导反向准则和能量损失守恒准则,分别从能量损失、速度敏感及压力范围三个方面,总结出了静态工作点的选取原则,从而为负载口独立控制阀与系统的设计和现场调试提供了理论依据。

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.

负载口独立控制挖掘机机液耦合模型建立与试验

负载口独立控制挖掘机系统是一个包含许多未知参数的机液耦合系统。为了准确建立参数化模型,需要精确地辨识各元件参数,并包含机械系统与液压系统的耦合联接。为此首先建立各系统的数学模型,通过试验测试获得各个关键参数。采用基于试验测试结果的NLPQL多目标优化方法寻优难以估计特性参数的最优值,提高参数辨识的速度和精度。基于辨识参数的数学模型,建立参数化的机液耦合仿真模型。相比于现有研究中的联合仿真模型,该模型在同一参数化平台下运行,计算时间短,并且易于根据不同工况修改机械系统参数,仿真效率更高。最后将2 t小型挖掘机的试验结果与仿真进行对比,结果证明该仿真模型具有较高的计算精度,可为负载口独立技术在移动液压中的控制策略研究提供参考。

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.

多级压力源切换负载口独立控制系统能耗特性实验研究

在多级压力源切换系统的基础上,结合负载口独立控制技术提出了两级压力源切换负载口独立控制系统。首先给出了该系统的组成原理,提出了在阻抗工况下的位置-压力复合控制方法以及在超越工况下的单腔位置控制方法;其次采用机理建模的方法,建立了包含泵源、阀矩阵、比例阀、执行器、负载及蓄能器能量回收的能量传递模型;最后搭建实验系统对该系统能耗特性进行了实验研究。实验结果表明:与传统单压力源液压控制系统比较,两种系统位置控制精度相近,且两级压力源切换系统在阻抗工况下具有节能潜力,并在超越工况下具有能量回收的功能;在阻抗工况,两级压力源切换系统的输入总功比单压力源系统节能约10%,在超越工况时能够回收并储存负载所做功,不同工况下的回收率均在70%以上,从而验证了该系统在控制与节能方面的可行性。

开式泵控非对称缸负载容腔独立控制耦合特性

为解决闭式泵控非对称缸系统的流量不对称的问题,设计了开式泵控非对称缸负载容腔独立控制系统,并针对其非对称缸两腔采用不同控制算法时的参数耦合问题进行研究。以位置-压力组合控制为例,建立该系统数学模型并分析其耦合特性,进而提出位置前馈补偿解耦方法。基于600kN开式泵控油压机实验平台,验证其耦合及解耦特性。结果表明:在位置正弦扰动下,当频率分别为1Hz、1.25Hz时,位置前馈补偿算法对其耦合作用的抑制率分别为16.4%和14.8%。