PID控制的阀控缸系统的Modelica建模与仿真实现

针对PID控制的阀控缸系统基于Modelica语言在开源仿真环境OpenModelica中进行了建模和仿真。给出了一套完善的阀控缸系统的建模思路,且所建立的模型具有很好的模型复用性。通过与AMESIM中建立的相同系统在相同参数下的仿真结果进行对比。结果表明,二者仿真结果基本一致,验证了所建立模型的正确性。由于整套系统均在开源环境下建模并仿真,因此解决了在实际工程中仿真PID控制的阀控缸系统时由于商业软件价格昂贵而造成的仿真成本过高的问题。

阀控缸系统反步法控制及半实物仿真分析

针对高阶、非线性和时变负载干扰的阀控缸系统提出了非线性反步控制算法,利用实时Linux系统、研华控制板卡和Visual Studio code仿真软件等技术搭建的阀控缸半实物仿真系统对反步控制算法进行仿真调试。首先,通过李雅普诺夫理论对阀控缸系统反步控制算法进行状态反馈设计;其次,借助AMESim软件验证搭建的半实物仿真系统具有较高的准确性;最后,在系统受到外部负载干扰时,在该半实物仿真系统完成了反步算法和PID算法的仿真试验。半实物仿真表明,反步算法相比传统PID算法具有较高的控制精度,能有效抑制系统的负载干扰,证明反步法可以对阀控缸系统运动轨迹有效跟踪控制。

阀控缸系统参数辨识方法研究

针对阀控缸系统非线性和时变参数导致其建模时精度不高的问题,采用递推最小二乘法对阀控缸系统非线性模型参数进行在线辨识。首先对阀控缸系统各组成部分进行了推导,建立含有未知参数的数学模型;其次在MATLAB仿真平台上建立了系统模型与辨识算法;最后以阀控非对称缸系统为例进行了仿真研究。研究结果表明:该辨识算法具有收敛速度快、辨识精度高的优势,可以获得精确的数学模型。

基于AMESim的电液阀控缸系统线性化分析

针对具有强非线性的电液阀控缸系统,提出应用AMESim的线性化工具建立其工作点线性化模型并分析系统特性,通过闭环运行方式的采用和状态变量的合理设置得以实现。以阀控对称缸在中位处的特性分析为例进行了仿真分析,所得结果与理论计算结果一致,表明采用AMESim的仿真分析结果是正确可信的。应用该方法分析了阀控对称缸和阀控非对称缸两种系统的特性。所提出的线性化分析方法简单实用,解决了建立不同类型的电液阀控缸系统工作点线性化模型的难题。该方法同样适用于电液泵控缸系统、气动系统以及其它含有积分环节的机电系统。

径向流磁流变阀动态性能及阀控缸系统阻尼特性研究

针对目前磁流变阀输出压降较小的缺点,设计了一种可有效提高压降的径向流磁流变阀,分析了其工作原理及压降数学模型.搭建性能测试实验台对不同加载电流及不同流量下的径向流磁流变阀压降及响应性能进行试验分析;同时对磁流变阀控缸系统进行了阻尼特性分析,分别测定了不同电流、频率及振幅下的动力性能.结果表明,以径向流磁流变阀为核心元件的阀控缸系统能够输出较大阻尼力,最大阻尼力达5 kN;系统响应迅速,电流1.2 A时压降可达3.2 MPa,响应时间在100~150 ms之间.输出阻尼力连续可调,同时输出阻尼力受活塞杆运动速度影响很小,阀控缸系统能在各种工况输出稳定阻尼力.

基于动边界的阀控缸系统水击振动传输特性分析

针对系统的活塞随油液流速变化而变化的运动特点,研究阀控缸系统的水击振动特性,定义了动边界的概念,在频域内利用传递矩阵分析法,推导了阀控缸系统的动边界传输方程以及动边界传输压力幅值比特征方程。通过与定边界条件下仿真比较表明,在动边界条件下系统会激发出一个频率为214.32Hz的谐振波,易引起系统的谐振,揭示了活塞截面处的油液耦合水击的响应幅值变化范围较大、衰减缓慢的规律,在系统设计、改进时忽略动边界对系统的影响会造成较大的误差。

建立阀控缸系统负载流量方程时值得注意的问题

对于阀控缸系统进行动态分析时 ,必然要用到负载流量。在建立负载流量方程时 ,有的文献上却出现了不易察觉的错误 ,这将直接影响到对系统进行正确的动态分析。文章分析了产生这种错误的原因 ,指出了正确求出阀控缸系统负载流量的关键。

阀控缸系统有限时间滑模控制

针对阀控缸系统稳态跟踪误差的收敛时间均为非有限时间内收敛到0的问题,提出了一种终端滑模控制方法。解决了液压系统非有限时间收敛问题,使得跟踪误差在有限时间内收敛到0。首先,运用终端滑模控制方法通过构造终端函数方式引入非线性项,设计终端滑模面来保证系统的全局鲁棒性和稳定性;其次,基于Lyapunov稳定性理论设计终端滑模控制器,保证位置跟踪误差在有限时间内收敛到0并验证其稳定性;最后,利用阀控缸系统模型以正弦信号及其衍生信号为参考信号对控制策略进行Simulink仿真,表明了终端滑模控制方法的可行性与有效性。

径向流磁流变阀控缸系统动力性能研究

为进一步扩大磁流变阀的工业应用,提出并设计了一种径向流磁流变阀控缸系统,主要由径向流磁流变阀、单出杆液压缸及蓄能器3部分构成。阐述了径向流磁流变阀控缸系统的工作原理,推导了阻尼力数学模型。对径向流阀控缸系统进行了动力性能建模仿真,并搭建了动力性能测试实验台,分别对常规型与改进型径向流磁流变阀控缸系统在不同电流、不同频率及不同振幅下的动力性能进行了实验,实验结果表明,以径向流磁流变阀作为旁通控制元件的磁流变阀控缸系统能够产生较大的输出阻尼力,阻尼力最大可达5.8 k N;另外,阻尼力随电流变化顺逆可调,且可调范围广;同时,输出阻尼力受活塞杆运动速度影响很小,阀控缸系统能在各种工况输出稳定阻尼力。对比分析2个磁流变阀控缸系统可知,更换不同的磁流变阀可得到不同的动力性能。

基于模糊PID控制的电液比例阀控缸系统泄漏补偿研究

为解决电液比例阀控缸系统存在的系统死区非线性因素、液压缸泄漏的问题,搭建了基于AMESim和Simulink联合仿真的电液比例阀控缸系统模型,对是否考虑泄漏的阀控缸系统影响其动态特性的主要因素进行联合仿真分析;针对阀控缸系统存在的问题设计了模糊PID控制器,得到液压缸活塞位移与泄漏量之间的关系以及对系统性能的影响规律,与传统PID控制器进行仿真实验对比。结果表明:模糊PID控制器在解决系统非线性影响因素、液压缸泄漏等问题中具有良好的效果,控制响应速度更理想,且系统无超调、无振荡、鲁棒性强。

基于轴控阀的阀控非对称缸位置控制系统研究

针对阀控非对称缸位置控制系统,通过理论公式搭建非对称液压缸的数学模型,采用前馈PID控制方法实现其位置控制并进行仿真和实验验证。利用传递函数推导出基于轴控阀的阀控非对称缸位置控制系统数学模型;根据所推导的数学模型采用前馈PID控制算法,利用AMESim搭建了非对称液压缸位置控制系统仿真模型;通过对阀控非对称液压缸位置控制系统进行实验,验证了搭建的轴控阀阀芯位置控制系统与非对称液压缸位置控制系统的正确性和有效性,实现了轴控阀阀芯精确位置控制与对外负载的控制。

基于递推最小二乘法的阀控缸液压系统控制策略

阀控缸液压系统存在建模不准确、动态控制精度较低和控制算法调试困难的问题,为此,提出了一种基于递推最小二乘法(RLS)的反步法动态面控制策略,并采用半实物仿真平台对其控制算法进行了调试验证。首先,建立了阀控缸液压系统非线性状态空间模型,推导了该系统的最小二乘矩阵形式和递推算法公式;然后,基于李雅普诺夫稳定性理论和动态面控制技术,建立了阀控非对称缸系统的控制模型,设计了一种基于RLS的反步法动态面控制器;最后,基于半实物仿真平台,对改造后的Linux操作系统进行了实时性验证,完成了阀控非对称缸系统参数辨识和基于RLS的反步法动态面控制试验任务。试验结果表明:RLS算法不仅能用于准确地估计系统模型参数,更能有效地适应系统模型参数的变化;相比于常规PID控制方法,基于RLS反步法动态面控制策略在阀控非对称缸系统稳定状态和换向的过程中,其动态控制精度分别提高了72.9%和20.3%,可为今后阀控缸液压系统建模及非线性控制策略研究提供较高的理论参考。

考虑阀口误差的阀控非对称液压缸系统建模、仿真与试验

从解决比例阀控制非对称缸系统存在的超压问题入手,分析因加工误差引起的各阀口重叠量不一致这一非线性因素对系统性能的影响,建立考虑阀口误差的阀控非对称缸系统的非线性状态方程模型和键图模型。应用这两种非线性数学模型分析一实际非对称阀控制非对称缸系统的压力特性,与试验结果的对比分析验证了所建的非线性数学模型的正确性。仿真和试验研究揭示比例阀控制非对称缸系统的阀口误差对系统性能影响较大,往往是引起有杆腔压力超过供油压力的主要原因。通过大量仿真研究获得了阀口误差与系统超压之间的关系,研究表明适当提高比例阀阀口的加工精度有利于消除超压现象和提高系统的性能,进而建议将某些比例阀阀口误差控制在最大阀位移的0.5%以内。给出的两种非线性数学模型具有通用性,可用于对各类阀控缸系统进行系统仿真、设计和控制策略等方面的理论研究工作。

阀控液压缸系统负载流量补偿方法的研究

通过在阀控液压缸系统中加校正环节来提高系统刚度,减小了比例方向阀动态特性对系统性能的影响,使系统流量的输出与输入电流成线性关系,消除负载对系统输出流量的影响。经过流量补偿后的阀控液压缸系统可以根据补偿的需要输入相应的电流就可以进行较好的跟踪运动,保证了系统的补偿效果。

阀控液压缸系统匹配特性模拟与试验研究

大型飞机结构强度试验中,通过流量估计和载荷估算选取阀控液压缸系统,可能导致阀控缸系统匹配性较差,造成其工作能力不足,影响结构试验加载系统的加载性能。为此,基于AMESim软件,建立阀控液压缸系统的模型,对其匹配性进行仿真分析,给出了阀控缸系统比例增益的边界值,并对该方法进行物理试验验证。结果表明:本文方法有效,使得结构试验加载设备工作性能有较大提升,为大型飞机结构试验的阀控缸系统的选型和设计,同时为后续阀控缸系统匹配性数据库的建立提供了理论参考。

阀控缸伺服系统建模与仿真研究

采用扩展键合图理论建立了某三自由度阀控缸系统键合图模型,该模型考虑了系统伺服阀阀口的流量非线性、伺服阀的饱和特性以及动力机构的时变特性,仿真结果表明该模型能准确地反映系统的动态特性.

阀控非对称缸系统的稳定性分析与设计

阀控非对称缸系统存在着大量的非线性和不确定因素,这些因素对系统稳定性的影响非常复杂。本文建立了阀控非对称缸系统的非线性模型,以此模型为基础,利用多参数分岔理论分析了单一因素变化和多个因素同时变化等不同状况下系统稳定性的变化,给出了增大系统稳定裕度的设计指导性意见。

非对称阀控制非对称缸位置伺服系统理论分析与试验研究

建立了非对称阀控制非对称缸非对称动力机构的数学模型,推出了活塞正反向运动时的位移和负载压力的传递函数。结合理论分析,在运动台上作试验研究,得出非对称阀控制非对称缸系统能够消除输出位移在正反向的不对称性,并在一定程度上消除活塞换向瞬间的压力跃变。

阀控非对称缸系统特性分析与位置控制研究

以阀控非对称缸系统为研究对象,为得到系统的准确模型以及提高系统的位置控制精度,对系统进行辨识。针对液压缸的非线性和非对称性,提出基于位置基准和位置闭环双PID相结合的位置控制方法。建立阀控缸系统数学模型;依托力士乐液压实验平台和NI测控系统,分别从时域和频域两个角度对阀控缸系统进行辨识,得到系统准确的数学模型。基于该数学模型,分析系统特性。对所设计的阀控非对称缸位置控制策略进行实验验证。结果表明:在保证系统稳定裕量的前提下,该系统可实现较高精度的位置控制。

液压系统的压力–速度复合控制策略

以由比例溢流阀与比例调速阀控制的阀控缸系统为研究对象,建立液压系统动力学模型;基于LuGre模型对推进液压缸摩擦力进行补偿;建立鬃毛观测器对阀芯运动特性进行估计并通过Lyapunov第一法证明观测器的稳定性;将液压系统的不确定性和外负载干扰进行整合,并选取自适应率进行估计;基于反步积分自适应控制算法,提出了一种压力-速度复合控制策略并对其稳定性进行验证。以液压缸速度控制为基础,将压力误差引入速度期望,实现阀控缸系统的压力-流量复合控制。建立AMESimMatlab阀控缸系统联合仿真平台来对压力-速度复合控制策略性能进行分析。仿真结果表明:压力-速度复合控制器在阀控缸系统速度调节、突变负载以及负载扰动等工况下均具有良好的控制性能;比例溢流阀溢流量的控制有效减小了系统压力的波动和超调;改变压力误差占比可有效改变地层突变时的压力、速度误差分配,在实际工程中,可根据需要通过改变压力误差占比来对复合控制的误差进行分配。