双电机驱动数字液压阀的研发

介绍了一种数字液压阀及其控制系统,该阀采用了伺服阀的滑阀部分,驱动和反馈采用了伺服电机来执行,可以进行位移闭环控制和力闭环控制,功能上完全可以替代电液伺服阀;频响可以达到200Hz(如果伺服电机动态性能好,频响可以更高),对液压油的洁净度要求NAS9级即可(而电液伺服阀要求NAS7甚至NAS6)。因为直接采用了电液伺服阀的滑阀部分,所以进出油口的尺寸与伺服阀相同,非常方便替换现有液压缸上的电液伺服阀。控制上与液压缸的位移传感器构成位移闭环,与力传感器构成力闭环控制;可以实现规则波和随机波的移动控制。

数字液压缸技术开发与应用

介绍了一种数字液压缸和控制系统,可以进行位移闭环控制和力闭环控制,控制精度可以达到0.01 mm,具有静态和动态加载能力,可以进行规则波、随机波和自定义波形的加载,工程应用表明这种数字液压缸具有优良性能和广泛的适用性。

数字液压技术在建筑施工中的应用

数字液压是目前正在发展中的先进液压技术,其优点是精度高、控制系统稳定、抗干扰能力强、同步性好、出力大,与电液伺服系统相比对液压油的洁净度要求低。目前采用的滑移施工设备主要是对液压缸进行压力控制,仅把位移作为监测数据。由于各个滑移轨道上的摩擦力不同,原则上没有位移闭环控制是无法保证滑移同步的。数字液压缸的控制模式可以是力闭环控制、也可以是位移闭环控制,而滑移施工恰恰需要位移控制模式,同时要求各个滑移位置严格保持同步性。所以数字液压缸的这些优点恰好可以应用于大型建筑结构的滑移施工中。该文介绍了数字液压系统在某大型结构屋盖网架滑移施工的应用情况,由于该网架结构尺寸很大,滑移施工采用了四条轨道进行滑移,因为各个轨道距离比较远,所以在控制上采用了分布式控制技术。目前该网架的滑移工作已经顺利结束,事实证明数字液压系统在滑移施工中具有突出是优势,属于新一代的滑移施工技术。

数字液压缸的几个问题

目前对数字液压缸感兴趣的人越来越多,应用范围也不断拓展,我们做过一些数字液压缸的开发和应用工作,现将其性能特点和存在的问题做一介绍,希望能有助于数字液压缸的了解和推广应用。

电液伺服三向六自由度地震模拟振动台研制

采用4-2-1构型研制的电液伺服六自由度地震模拟振动台,台面尺寸设计为2.5*2.5米,承载能力为5吨。采用三参量控制方式开发控制系统和控制软件,实现了振动台的位移、速度、加速度控制。对建成后的地震模拟振动台进行了各项性能指标测试,结果表明该振动台能够实现高精度再现随机波(地震波)的位移、速度和加速度波形功能,各项技术指标都达到甚至超过设计指标。为结构和构件试验研究提供了重要的手段,也为今后的振动台建造提供了借鉴基础。

一种用于探测器地外天体起飞试验的位姿及运动模拟装置

为了实现地外天体的表面详尽勘测,探测器需进行着陆、采样、返回等活动。为确保采样返回任务的成功,探测器在研制中需进行各种空间环境模拟试验评价。针对探测器返回起飞过程中的环境模拟试验,文章提出了采用六自由度Stewart平台作为位姿及运动模拟装置。该装置有静态和动态位姿调整两个基本功能,其中静态位姿调整用来模拟不平的地形对探测器的返回模块返回起飞的影响,动态位姿调整用来模拟返回模块与着陆模块之间的相对运动。位姿及运动模拟装置的控制为上位机+下位机工作模式,由上位机设置模拟装置的运动参数,并将运动参数传输到下位机进行控制。经过模拟试验测试证明,该装置能够满足探测器返回起飞的位姿及运动的模拟试验要求。

一种无条件稳定的显式数值积分算法

显式直接积分方法利用已知信息求解位移,不需要迭代过程,特别适合于拟动力试验。然而大多数显式积分方法条件稳定,难以应用于受高阶振型影响较大结构的拟动力试验。基于隐式无条件稳定的HHT-α法,提出了一种新的显式算法,利用谱半径分析证明了该算法具有无条件稳定的特点。最后通过数值模拟验证了该算法的数值特征。

Stewart平台力控制系统研发

采用位移控制模式或称位姿控制的六自由度Stewart平台已经得到了广泛的应用,采用力控制模式(这里称之为力姿force posture控制)的研究和应用却很少,其中控制技术困难、稳定性差是重要的原因。而采用力姿控制在柔性加工、交会对接、实验边界模拟等方面具有非常广泛的应用前景。该文介绍了在Stewart平台上进行的力控制系统开发,实现了力姿控制。

轨道检测系统标定试验台的研制

轨道检测系统采用六自由度的STEWART平台模拟转向架的多维运动,采用四通道的电动伺服平台分别模拟两根铁轨的垂直和横向水平运动。首先讨论了STEWART六自由度平台的数学建模,并与四通道的轨道模拟平台建立协调的同步控制机制。开发了控制系统软件,实现了检测梁的六自由度运动和轨道平台的同步控制,能够在实验室中模拟轨道检测梁的实际运动和轨道的实际位置变化。为各种的车载轨道检测设备提供了在实验室中模拟实际工况的手段。

地震模拟振动台台阵系统研发

随着抗震研究的不断深入,作为研究多维多点地震输入的振动台台阵设备得到了科研机构的重视。该文介绍了地震模拟振动台多台阵控制系统的开发情况,指出台阵的控制策略可以采用集中式控制和分散式控制两种方案,集中式控制的优点是同步精度高;但是分散控制方式使用灵活,每个振动台容易单独使用。文中振动台台阵的驱动设备是数字电动缸或数字液压缸,小型振动台可以采用数字电动缸;大吨位的地震模拟振动台采用数字液压缸以获得更大的激振力。在振动台的控制器和控制软件中采用复合控制方式来实现位移、速度和加速度控制。控制系统和软件在电动振动台台阵上进行了测试,结果表明台阵的同步性以及地震波在各个振动台上的位移、速度和加速度波形都得到高精确的再现。

六自由度减摇模拟器系统研发

采用六自由度运动平台模拟船舶的运动,在其上部安装六自由度Stewart平台作为减摇装置,将船舶运动平台的位姿实时反馈到Stewart减摇平台的控制系统中,通过减摇控制算法获得减摇平台的控制信号,对Stewart减摇平台进行同步控制,实验结果证明减摇效果非常有效,理论上可以达到静止的效果。

地震模拟振动台控制技术及软件研究

采用伺服控制技术开发了地震模拟振动台及其控制系统,包括振动台的控制器和控制软件,采用复合控制方式实现了位移、速度、加速度控制。驱动设备可以是数字电动缸,也可以是数字液压缸,对于小吨位的地震模拟振动台采用数字电动缸;对于大吨位的地震模拟振动台采用数字液压缸可以获得大的激振力。在数字电动振动台和数字液压振动台上进行了测试实验,结果表明地震波的位移、速度和加速度波形都得到高精确的再现。

并联六自由度运动模拟平台的研制

讨论了并联六自由度运动模拟平台的数学建模,采用电动缸和伺服控制系统研制了并联方式的六自由度运动模拟平台,开发了控制系统软件,实现了六自由度的位姿控制。可以进行各种波形的运动模拟,平台的最高频率达50 Hz以上。各个电动缸上安装了力传感器实时采集轴力,以便对平台的瞬时空间广义力状态进行评估。

基于Bouc-Wen模型的阻尼负载模拟器研制

研制了一种数字控制阻尼负载模拟器,可以模拟Bouc-Wen等非线性滞回模型,通过设定参数来模拟不同的负载特性。如果应用在地震模拟振动台实验中,通过改变负载模拟器参数就可以模拟成不同类型的阻尼器,一方面可以研究阻尼器对结构的减振效果,另一方面可以研究不同类型结构所需要的最优阻尼器参数。该阻尼负载模拟器可以广泛应用于实验领域来代替阻尼器,是一种主动调节型的阻尼器。

主动减振(减摇)试验系统研制

采用两套六自由度Stewart平台构建一个主动减振减摇试验系统,下部的平台用于模拟所发生的振动(称为运动模拟平台);上部平台为减振平台,主要通过主动控制的方法减少下部运动模拟平台对减振平台上表面的影响,实现减振平台上表面的精确控制。