High Speed On/Off Valve Control Hydraulic Propeller

The work-class remotely-operated-underwater-vehicles（ROVs） are mainly driven by hydraulic propulsion system,and the effeciency of hydraulic propulsion system is an important performance index of ROVs.However,the efficiency of traditional hydraulic propulsion system controlled by throttle valves is too low.Therefore,in this paper,for small and medium ROVs,a novel propulsion system with higher efficiency based on high speed on/off valve control hydraulic propeller is proposed.To solve the conflict between large flow rate and high frequency response performance,a two-stage high speed on/off valve-motor unit with large flow rate and high response speed simultaneously is developed.Through theoretical analysis,an effective fluctuation control method and a novel pulse-width-pulse-frequency-modulation（PWPFM） are introduced to solve the conflict among inherently fluctuation,valve dynamic performance and system efficiency.A simulation model is established to evaluate the system performance.To prove the advantage of system in energy saving,and test the dynamic control performance of high speed on/off valve control propeller,a test setup is developed and a series of comparative experiments is completed.The smimulation and experiment results show that the two-stage high speed on/off valve has an excellent dynamic response performance,and can be used to realize high accuracy speed control.The experiment results prove that the new propulsion system has much more advantages than the traditional throttle speed regulation system in energy saving.The lowest efficiency is more than 40%.The application results on a ROV indicate that the high speed on/off valve control propeller system has good dynamic and steady-state control performances.Its transient time is only about 1 s-1.5 s,and steady-state error is less than 5%.Meanwhile,the speed fluctuation is small,and the smooth propeller speed control effect is obtained.On the premise of good propeller speed control performance,the proposed high speed on/off valve control propeller can improve the effeciency of ROV propulsion system significantly,and provides another attractive ROV propulsion system choice for engineers.

Investigation into the Independent Metering Control Performance of a Twin Spools Valve with Switching Technology-controlled Pilot Stage

In hydraulic area,independent metering control(IMC)technology is an effective approach to improve system efficiency and control flexibility.In addition,digital hydraulic technology(DHT)has been verified as a reasonable method to optimize system dynamic performance.Integrating these two technologies into one component can combine their advantages together.However,few works focused on it.In this paper,a twin spools valve with switching technologycontrolled pilot stage(TSVSP)is presented,which applied DHT into its pilot stage while appending IMC into its main stage.Based on this prototype valve,a series of numerical and experiment analysis of its IMC performance with both simulated load and excavator boom cylinder are carried out.Results showed fast and robust performance of pressure and flow compound control with acceptable fluctuation phenomenon caused by switching technology.Rising time of flow response in excavator cylinder can be controlled within 200 ms,meanwhile,the recovery time of rod chamber pressure under suddenly changed condition is optimized within 250 ms.IMC system based on TSVSP can improve both dynamic performance and robust characteristics of the target actuator so it is practical in valve-cylinder system and can be applied in mobile machineries.

正负脉冲电压驱动的电磁螺纹插装阀动态特性分析

提出了一种基于PWM技术的正负脉冲电压控制策略,用于提高锥阀式电磁螺纹插装阀启闭动态响应速度,使其满足数字液压技术的要求。在分析电磁螺纹插装阀结构和工作原理基础上,建立了电磁螺纹插装阀的数学模型,并在AMESim软件中搭建电磁螺纹插装阀及其测试系统的多物理场耦合建模,研究不同正负脉冲电压持续时间条件下电磁螺纹插装阀线圈电流、阀芯位移、电磁力的变化规律,确定了电磁螺纹插装阀响应速度最快时正负脉冲电压控制策略的最优控制参数。利用半实物仿真系统搭建SCV硬件在环测试实验台,对所提正负脉冲控制策略进行验证。实验表明,与常规电压控制策略相比,当正负脉冲电压控制策略中正负脉冲电压持续时间都为10 ms时,电磁螺纹插装阀的开启时间由30 ms缩短到13.5 ms,其关闭时间由139 ms缩短到14 ms。研究结果为电磁螺纹插装阀的高响应化和数字液压技术的发展提供参考。

基于径向基函数神经网络算法的高频转阀阀芯稳定性

针对伺服电机驱动高频转阀时受液动力矩变化影响造成高频输出精度下降的问题,以液压马达作为动力源,提出一种基于径向基函数神经网络算法的转阀阀芯转速控制策略。首先,搭建高频转阀阀芯转速控制系统的数学模型;其次根据数学模型在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,对不同算法作用下阀芯转速控制特性进行仿真分析;最后建立高频转阀转速控制系统实验台,对不同算法作用下阀芯转速控制特性进行实验研究和理论验证。结果表明:与常规PID控制方法相比,基于径向基函数神经网络的高频转阀转速控制策略转速控制系统阶跃响应所需调整时间最少为0.16 s,超调量小;三角波与正弦波转速跟踪误差均值下降最大值分别为46.51%、53.69%;6 MPa、10 MPa下,转速稳态误差均值分别下降34.92%、38.26%。径向基函数神经网络算法有效提高了高频转阀阀芯转速控制精度。

高速开关阀先导驱动高水基大流量比例调速阀的设计与仿真

在智能综采工作面生产工程中,液压支架在移架和推溜的过程中经常会遭遇不稳定负载,传统开关式的电液控制元件无法对推溜油缸进行速度调控,导致推溜油缸位置控制困难,影响了刮板机的调直度,从而制约了智能综采装备的应用效率。针对这一问题,考虑到煤矿乳化液介质低黏度、润滑性差等特征,设计了一种高速开关阀作为先导阀的高水基高压大流量比例调速阀,建立了阀的数学模型,根据调速阀的内部结构及工作原理建立其AMESim仿真模型,对影响节流阀阀芯位置闭环控制特性、调速阀压差-流量特性进行仿真分析。仿真表明,A型先导液桥对主阀芯的响应具有更好的性能,主阀下控制腔容积、复位弹簧刚度对阀芯的响应速度、稳定性有一定影响。总体而言,调速阀具有较好的流量调节刚度,功能和性能达到了预期设计要求。

静叶调节执行机构PLC控制系统设计

为准确及时调控风机静叶角度,设计一种基于电液控制技术的静叶调节执行机构。首先介绍静叶调节执行机构的液压系统,然后重点介绍PLC控制系统硬件结构和软件编程要点,通过增加积分项权值方法,改进经典PID控制方法的缺陷,提高系统的响应速度和稳定性。

变转速变排量双动力源泵阀协同电液系统特性分析

针对起重机阀控系统响应快但能耗大,泵控系统效率高但控制精度低的问题,提出了一种变转速变排量双动力源泵阀协同的多执行元件电液系统。首先,提出了一种多模式控制策略,即在单动作微动模式下,其中一个动力源卸荷,由于系统小流量时动态响应较慢,因此小流量时采用双变量模式控制系统,通过阀芯位置自适应调节和动力源的压力闭环控制,实现了流量精准匹配的目的;其次,在单动作快速运动模式下,双动力源合流驱动单执行元件,通过控制电液动力源相关参数,补偿了因负载变化引起的泵泄漏量,以实时控制执行元件速度;在复合快速运动模式下,双动力源分流单独驱动多执行元件,通过调节单个动力源的相关参数来实时控制各执行元件速度,以及实现系统流量比例分流的目的;然后,建立了系统AMESim-Simulink的联合仿真模型与试验平台;最后,对该系统在同一设定压差下的不同设定流量的控制特性进行了仿真和试验分析。研究结果表明:该系统能实现负载变化时对流量的补偿目的,并且该系统与定转速变排量泵阀协同液压系统相比,在单动作微动模式下的流量控制精度优化了约14.76%,动态响应时间减少了约0.12 s;在单动作快速运动模式下,流量变化减小了约6.21%,系统能耗降低约了13.94 kJ;在复合快速运动模式下,系统能耗降低了约50.31 kJ;同时,该系统比传统抗流量饱和负载敏感系统具有更好的流量稳定性。

液驱风力发电机组转速线性化控制及优化研究

通过风速传感器实时监测风速,并传送到控制器中,结合定量泵转速状态计算风力发电机组模型对结果跟踪,实现精确调节变量马达转速效果。研究结果表明,无论稳速还是变速下,马达转速动态表现出来稳定的变化规律,整体在1500 r/min上下波动,表明测试的结果是准确的。稳速下,加入节流阀调节转速前后,马达转速输出波动从±5 r/min降为±2 r/min;变速下,加入节流阀调节转速前后,马达转速输出波动从±15 r/min降为±5 r/min,具有很高的控制稳定性。该研究对提高风电设备运行稳定性具有很好的理论意义,易于推广应用。

油液温度对液压缓冲阀动力学特性影响分析

油温对重型车辆机械控制式液压缓冲阀的运动部件动力学特性及出口压力调节过程均会产生显著影响。依据某重型车辆液压缓冲阀,建立阀芯及缓冲活塞的动力学模型,通过流场仿真对阀芯过流面积、流量系数及射流角进行详细解析,最后在20~100℃油温下对换挡缓冲液压系统进行仿真分析和实验对比研究,从而揭示了油温对缓冲阀运动部件及调压过程的作用机理。研究表明,随着温度升高:缓冲阀入口流量系数小幅增大,入口射流角及阀芯黏性摩擦力先增大后减小;阀芯和活塞运动速度增大;100℃时的压力调节时间较20℃时缩短36%,缩短幅值大;缓冲结束时,对稳定输出的压力影响不大;缓冲阀在缓冲升压阶段的起止压力不会因油液温度变化产生较大变化。

高速开关阀控液压马达系统性能对比研究

采用一款高响应电液伺服阀并使其处于阀口开、关两种极限工况下工作的高速开关控制方式,构建一种阀控液压马达系统,实现对液压马达输出转速及扭矩的控制,以探究液压马达高速开关控制方法的基本特性。完成该高速开关阀控液压马达系统的设计及AMESim仿真模型的搭建。利用PWM信号控制高响应电液伺服阀实现对液压马达的高速开关控制,并通过仿真获得转速等参数随占空比和频率的变化规律。开发基于高响应电液伺服阀的高速开关阀控液压马达系统实验样机,进行实验与仿真结果的对比研究。结果表明:实验与仿真结果较为一致,液压马达转速随着占空比的增大而增大,随着外负载的增大逐渐降低;而仿真结果中负载的增加会轻微加快液压马达转速的稳定时间的结论,在实验中无法得到印证。

自抗扰控制的单双泵控分布式挖掘机液压系统

针对挖掘机工作装置差动缸中存在流量不平衡和多象限工况,提出一种单双泵控混合分布式液压系统,其中动臂为单泵控,斗杆和铲斗为双泵并联式泵控。以某微型挖掘机为对象,分别设计单泵、双泵并联式泵控单元及其自抗扰控制器。在MATLAB/Simulink中建立附加泵控单元的工作装置动力学模型、负载敏感阀控系统和所提出的泵控系统模型;在典型挖掘循环下进行阀控和泵控系统的仿真,分析系统速度-负载特性、跟踪性能及能耗。结果表明,双泵并联式泵控能有效抑制四象限工况导致的速度波动;所提出泵控系统与阀控系统相比,三个缸的均方根误差和最大误差平均值分别增加了2.5 mm和7.5 mm,但系统效率由21%提高到60%;所设计的ADRC与PID相比,系统效率基本相当,系统响应速度得到提高,实现与阀控系统相仿的跟踪性能。

基于液压系统的风机叶片液压自调角系统

为确保冷却塔循环水系统安全可靠地运行,冷却塔风机转速以及叶片安装角度均按照最大换热量设定。但受生产工艺、环境温度等相关因素的影响,冷却塔风机的换热量在时刻变化,因此,冷却塔风机冷却能力与实际需求不匹配,造成大量能源浪费,为此,提出了一种基于液压系统的冷却塔风机叶片自调角的新型节能方法。首先,对自调角系统的工作原理进行了分析,利用Solidworks软件对自调角机构进行了结构设计,并对液压驱动系统工作原理进行了分析;然后,借助风力机气动载荷的计算方法,得到了液压系统提供的驱动力随安装角度变化的曲线;最后,利用AMESim仿真软件探究了多种液压回路自调角的工作特性,分析了调速阀内部元件节流阀开度对液压回路稳定性的影响。研究结果表明:自调角装置可以实现风机在不停机的工况下调节叶片的安装角度;采用PID调速阀液压回路可提高系统工作的精度和稳定性;当调速阀内部节流口的开度K=0.08时,可有效减少振荡时间,减小振荡峰值。

大型井架纠偏多点同步电液控制系统开发

针对井架纠偏装备存在的抗偏载能力差、同步精度低、控制点数少、操作复杂等问题,开发了基于变频调速-高速开关的多点同步电液控制系统,其通过控制变频电机的转速和高速开关阀的开闭频率,以控制多点同步顶升,从而实现大型井架的纠偏复位。首先,设计了多点同步液压系统,阐明了系统的结构与工作原理,介绍了关键液压元件的结构;然后,设计了基于PLC控制的同步控制系统,开发了监控界面,介绍了控制系统的功能;最后,应用于板集煤矿副井井架纠偏施工。施工数据表明:在偏载80 t工况下,油缸的同步位置精度控制小于0.5 mm,可满足使用要求。可为大型井架同步顶升装备的开发提供了技术参考。

车辆用内控可调速的液压优先阀设计

常规的液压优先阀在工作负载流量突变时,阀的动态响应存在一定的滞后现象,阀芯开启和关闭的响应速度均较慢,受限于保证压力稳定性和开启的响应速度在设计范围内,固定阻尼孔的设计尺寸较小,使得工况切换时,阀芯关闭速度慢,流经阻尼孔的补充油液流量小,无法满足系统快速补油的需求。为解决上述问题,在液压优先阀的主阀阀芯内部设计并集成了一个速度调节微阀,该微阀利用不同油液流动方向下阻尼孔不同的原理调节主阀的启闭响应速度,实现阀芯的缓开快关,根据阀内动力学方程,利用仿真对设计的微阀进行建模和优化,确定了最佳匹配参数并初步证明了设计的有效性。实验结果表明:通过合理匹配阻尼孔过流面积,当转向或换挡回路急需大流量时,速度调节微阀能够加快主阀的关闭速度,及时将辅路油液补充到主路,集成微阀相比传统主阀芯采用固定阻尼孔时的关闭速度提升了1倍;当转向或换挡完成后,速度调节阀能够实现主阀的开启速度比关闭速度慢,抑制压力冲击。速度调节微阀的设计解决了优先阀切换时主阀芯关闭速度慢的问题,有助于辅泵快速向主泵补油,满足系统工况改变的大流量需求,提升了系统的响应速度。

基于高速开关阀的湿式离合器缓冲控制系统研究

湿式离合器是大功率液力机械传动装置重要的传动部件,其工作状态直接影响设备的安全可靠运作。为了提高湿式离合器工作效率,通过分析离合器的工作原理,基于电磁式高速开关阀设计一种用于湿式摩擦离合器的液压控制系统,构建液压系统模型,通过MATLAB/Simulink仿真求解该液压系统的压力输出信号。计算结果显示:该液压系统可以用于控制湿式离合器的接合,能够为湿式离合器提供稳定的接合油压缓冲信号。

“以阀代井”水电站水轮机控制策略改进研究

近几年来,水电开发量与日俱增,众多具有长引水道的中小型水电站为了节省投资,选择使用调压阀代替调压井以应对大波动过渡过程,但设置调压阀并不能减少机组的水流惯性时间常数,会导致小波动过渡过程的动态特性较差。为了探寻改善“以阀代井”水电站水轮机调节系统小波动过渡过程动态特性的方法,对具有长有压引水道的常规水电站进行小波动扰动仿真,分析调节系统在小波动过渡过程中的动态响应。调节系统的动态响应结果表明,具有长有压引水道的常规水电站,其水轮机调节系统小波动过渡过程动态特性较差的原因是调速器动作过快导致接力器的响应速度和动作幅度过大。提出一种将接力器位移信号反馈至调速器的比例和微分环节的新型水轮机控制策略,通过抑制接力器动作的速度和幅度从而达到改善“以阀代井”水电站小波动过渡过程的动态性能。通过仿真对比,该方法确实能有效改善“以阀代井”水电站水轮机调节系统小波动过渡过程的动态性能。

某型航空发动机桨速调节器设计研究

螺旋桨桨速调节器通过引导控制滑油进入变距腔实现桨叶角的改变从而控制螺旋桨桨速的大小。提出了一套采用电液伺服阀、电磁阀控制分油活门架构的桨速调节器设计方案。以设计需求分析为出发点,在明确了调节器的组成、工作原理的基础上进行了理论校核,同时基于AMEsim仿真软件,搭建桨速调节器仿真模型,进行仿真研究。结果表明,上述设计方案能够满足所配装航空发动机使用需求,实现其设计目标的全部功能,具有一定的置信度。为桨速调节器的研发设计提供参考。

基于AMESim的ESC电磁高速开关阀仿真研究

在汽车电子稳定系统(ESC)中,一般采用控制高速开关阀实现制动轮缸的压力控制。分析了ESC液压系统的组成以及原理,对高速开关阀的物理结构进行分析并建立数学模型,基于该模型运用AMESim仿真平台建立了高速开关阀以及ESC液压系统的仿真模型。使用高频PWM技术对高速开关阀模型进行动态响应特性仿真,进而实现ESC对轮缸压力的控制,通过仿真深入分析了占空比对高速开关阀中电磁力、阀芯位移以及轮缸压力的影响。结果表明,构建的高速开关阀仿真模型可以实现ESC制动压力的主动增压、保压和减压3种控制,且通过控制PWM占空比实现轮缸压力的精确控制,最大压力与实验对比误差控制在5%范围内。

阀控充液式液力偶合器连续充液瞬态匹配特性研究

为了预测液力偶合器与三相异步电机共同工作时的软启动性能,采用仿真软件ANSYS-CFX模拟得到了液力偶合器的泵轮转矩特性,将电机与液力偶合器的输入特性联合分析,结合匹配原则,利用Matlab软件确定了两者在不同充液率及不同转速比下的共同工作点,并计算获得了液力偶合器与电机在全充液及部分充液工况下的共同工作输出特性。结果表明,在不同充液率条件下,液力偶合器与电机共同工作时,输出转矩整体上随着输出转速的增大而减小,随着充液率的增大而增大,输出转速较低时,90%、100%充液率下的转矩值保持稳定不变,与电机直接启动相比,共同工作时的输出转矩变化更为平稳。分析结果可为刮板输送机软启动控制策略的研究与制定提供参考。

水轮机调节系统自适应滑模控制策略

水轮机系统惯性参数是影响水轮机调节系统动态特性的重要参数,传统控制方法大都是基于水轮机及其引水系统近似简化模型,很难改善水轮机调节系统动态特性。应用径向基函数神经网络逼近水轮机及其引水系统非线性特性,利用李雅普诺夫稳定性理论设计并证明水轮机系统惯性参数自适应估计律,设计了一种基于水轮机系统非线性特性和惯性参数估计的滑模鲁棒控制器,并完成仿真实验。仿真结果表明,该滑模鲁棒控制水轮机调节系统具有较高的跟踪精度、控制器输出抖振较小等优点,为水轮机调节系统高精度转速跟踪提供有效参考。