数字液压阀及其阀控系统发展和展望

作为液压系统中重要的控制元件,液压阀负责实现整个系统的控制功能。随着传感器技术和电子技术的发展,数字阀因其更容易实现计算机控制而日益受到研究者的重视。本文综述了国内外数字液压阀的发展历程、研究现状及应用领域。通过回顾液压阀的控制方式,讨论了新的液压控制技术在数字阀领域的应用。并以可编程阀控单元为例,说明了广义数字阀的技术特点。最后,对数字阀的发展前景进行了预测:模块化、高响应、高效率是今后发展的方向。

浮力摆式波浪能发电装置试验系统研究

提出基于液压传动的可模拟波浪载荷之浮力摆式波浪能发电装置试验系统设计方案并介绍该系统的工作原理。通过数值模拟的方法进行浮力摆上的波浪载荷计算;通过搭建液压系统对作用于浮力摆式波浪能发电装置的波浪载荷进行模拟,对其进行建模仿真,并完成该试验系统的搭建及半物理仿真试验。试验结果表明:所提出的浮力摆式波浪能发电装置试验系统能较好地模拟波浪力作用在浮力摆上的载荷,可稳定输出电能。

基于嵌入式系统的频率计权实现方法分析与对比

结合嵌入式系统平台的特点,分析了基于卷积的全数字频率计权实现方法。为解决随着滤波精度提高,滤波器系数增长,运算量急剧增大的问题,提出了基于重叠相加DFT的优化方案,并对实现过程进行理论分析。对两种方案的运算量级进行讨论。在MATLAB中对优化方案进行仿真分析,并在嵌入式系统平台上进行实验验证。理论推导和实验结果表明:基于卷积和基于重叠相加DFT的方案的结果是一致的,而且随着滤波器系数的增大后者性能快速提升,并获得在滤波器系数已知和滤波器系数,一帧大小都已知的情况下的方案和参数选择原则。

液压机械臂驱动关节的非线性摩擦力自适应补偿控制

液压机械臂在重载任务中至关重要,但在精细化作业中却普遍存在“力量够大、精细不足”的问题。无论采用全自主还是半自主的作业方式,精密运动控制都是实现精细作业的首要基础。液压机械臂多采用液压缸直动推动关节转动的非线性驱动关节构型,摩擦分别来自液压缸和转动轴,但现研究大多忽略直动摩擦而仅考虑转动摩擦,因而运动控制中的摩擦补偿不到位。建立了面向模型补偿控制的液压机械臂非线性驱动关节动力学模型,全面考虑液压缸和转动轴的摩擦特性,进而提出摩擦补偿控制方法。结合基于最小二乘的在线参数自适应律,设计了直接/间接自适应鲁棒控制器。最后开展多组仿真对比,验证所提控制方法对液压机械臂驱动关节控制精度的提升效果。

轴向柱塞泵非止点配流窗口过渡区压力脉动特性分析

为能用单台泵直接闭式控制差动缸运动,把轴向柱塞泵的吸油配流窗口改为两个独立的窗口,一个连接差动液压缸的有杆腔,另一个连接低压油箱,用于平衡差动缸的面积比,但柱塞通过这两个配流窗口之间的过渡区时,因处于泵的非止点位置,柱塞腔容积变化较大,引起大的流量和压力变化,产生大的噪声,为了减小其影响,需要对柱塞通过此过渡区域的特性进行分析。为此,采用仿真软件SimulationX,建立柱塞通过配流窗口的仿真计算模型,对单个柱塞腔内部以及泵输出油口压力和流量动态过程进行仿真,综合运用减震三角槽、阻尼孔和等效预压缩角三种措施,减小泵的流量和压力脉动。通过仿真计算,确定出合理的配流盘结构参数。在此基础上,进一步制造出样机,对泵的压力脉动特性进行试验测试,验证仿真结果及设计参数的正确性。研究工作丰富了柱塞泵的类型。

面向柔性客户需求的产品变型设计方法

针对柔性的客户定制需求,提出充分重用零件实例的产品变型设计方法.通过分析零件实例重用引起的尺寸约束冲突,提出基于尺寸变化概率和零件变型需求的尺寸约束冲突转移与延迟解决方案,并给出了尺寸变化概率和零件变型需求的统计模型;然后针对零件实例重用引起的客户需求损失提出定制特征指标的补偿作用,并以田口质量损失函数为基础构建了改进的客户需求损失综合模型.最后通过一个实例进行了验证,结果表明在产品变型设计过程中,选择对客户需求影响小的零件实例作为重用对象,可以实现在满足客户需求的同时有效地降低定制产品的成本、缩短交货期.

摆式波浪能发电数字控制式液压缸组研究

提出可用于摆式波浪能转换装置的数字控制式液压缸组方案并介绍其工作原理。在建立数学模型的基础上进行AMESim和Matlab联合仿真分析,验证数字控制式液压缸组可进行压力调节,并且能够提高摆式波浪能转换装置的能量捕获效率的作用,该文完成了数字控制式液压缸组样机及测试系统的设计搭建并进行样机试验,试验结果可验证数字控制式液压缸组的可行性及仿真结论。

粉末成形液压机自适应鲁棒运动控制

在粉末冶金零件成形生产中,压坯产品的质量取决于粉末成形工艺的完成度,这依赖于成形液压机的运动控制性能。然而控制粉末成形液压机运动的电液系统是一种具有参数不确定性的非线性系统,且整个运动控制系统在粉末致密化加压成形过程中还受到了负载压制力的强非线性干扰。针对以上难题,研究中建立了负载压制力的非线性模型,将其与电液系统的动力学模型相结合,基于此包含负载动力学的控制设计模型利用自适应鲁棒控制理论设计了粉末成形液压机的压制运动控制器。理论上,该控制器保证了鲁棒瞬态性能和稳态跟踪精度。实验结果表明,所设计的电液控制器可以实现对铁基粉末成形圆柱体压坯单向变速压制工艺压制运动曲线的精确跟踪控制,并表现出良好的控制性能。

二通插装阀方向控制回路故障的分析与排除

二通插装阀在高压大流量的液压系统中应用广泛,将多个标准化的插装式元件组合使用便可实现不同的控制功能.针对冲洗泵站中一种二通插装阀方向控制回路在调试过程中出现的故障,从方向控制回路电液控制的原理出发,结合现场试验检测,应用液压回路故障树的分析方法对故障进行分析并找出故障点,最后找到这种二通插装阀方向控制回路故障的解决方法.

液控单向阀配流高压马达配流阀口节流特性分析与流场仿真研究

配流机构的节流压力损失和泄漏是影响液压马达动态性能的重要因素。针对液控单向阀配流液压马达的配流过程中阀芯的运动特性及其流场特性开展研究。基于液控单向阀配流液压装置,分析其配流阀阀芯运动特性,利用AMESim搭建液控单向阀模型,探究不同负载压力下、不同阀芯结构下,液控单向阀其阀芯运动特性;利用Fluent软件,研究阀芯开启过程中的节流压降以及流场流速情况。结果表明:在液阻孔以及阀芯小端直径一定时,阀芯小端直径与阀芯大端直径比值越接近1,其阀芯响应时间缩短,在高负载压力下,其阀芯响应也更快。在阀口输入流量为40 L/min时,其阀口前后压差为1.3 MPa,用于为高压低速大扭矩马达配流是可行的。

数字孪生驱动的智能人机协作:理论、技术与应用

随着人-信息-物理系统(Human-cyber-physical systems, HCPS)的发展与演进,人机关系由人机共存、人机交互、人机合作逐渐发展到人机协作。与此同时,数字孪生等新兴使能技术的涌现推动人类生产生活的数字化、网络化和智能化发展,增强了人机协作的状态感知、认知分析和控制决策等能力,为面向人本智造的人机协作范式转变提供了支撑。基于HCPS理论,提出数字孪生驱动的智能人机协作的基本概念,通过对人机关系演变和人机协作定义进行探讨,阐明在HCPS语义下数字孪生驱动的智能人机协作具体内涵。针对目前人机协作模式中存在的问题,提出数字孪生驱动的智能人机协作框架体系,从人机物理实体、人机数字模型、连接与交互、智能协作决策服务四个主要组成部分进行阐述。在此基础上,围绕传感与集成、计算与分析、控制与执行三个方面分析智能人机协作的共性使能技术,包括可穿戴技术、柔性传感、人工智能、外骨骼等。讨论数字孪生驱动的智能人机协作在工业生产、建筑修造、医疗健康和人因工程等领域的典型应用,以期为推动人机协作范式转变、促进人机协作可持续发展提供参考。

模块化CC/CV变换器及其控制策略

为实现长期深海观测,并充分利用恒流输电海底观测网抵抗输电缆短路故障能力强,可靠性高,鲁棒性好等优点,设计并实现了海底观测网多模块恒流变换器。综合考虑系统体积、电能变换效率、可靠性以及输入输出电压和功率等级等多方面因素,提出采用推挽拓扑和输入串联输出并联的多模块堆叠结构的恒流转恒压电能变换系统(CC/CV)。针对恒流输电系统稳定性特性问题,分析设计用于功率补偿作用的功率平衡器,并对基于共占空比的功率平衡器控制策略进行研究。设计出在低频段具有高增益,在中频段具有足够相位裕量,在高频段能有效抑制高频干扰功能的补偿控制器以获得更佳的控制效果。在实验室环境下验证了CC/CV电能变换技术,测试结果验证了各模块间的兼容性和系统整体的可靠性,为今后研究和建设长期实用型的多节点恒流输电缆系海底观测网提供了理论依据和技术支持。

面向人本智造的新一代操作工:参考架构、使能技术与典型场景

操作工人(Operator)是制造系统中最灵活、最具有主观能动性的要素。新兴信息技术赋能制造系统,驱动制造效率和质量的快速提升,同时也赋予操作工多样化感知、认知和控制的能力。面向以人为本的智能制造(人本智造),传统操作工的角色定位已无法适应新场景、新技术和新问题,新一代操作工(Operator4.0)应运而生。围绕操作工在制造系统中的作用,分析了历次工业革命至今操作工角色的变迁,并在人-信息-物理系统(Human-cyber-physical systems, HCPS)语义下阐述了新一代操作工的基本内涵。按照工作任务特点和技术方案,新一代操作工可分为力量型、认知增强型、协作型等种类;同时,从感知线程、认知线程和控制线程三个角度讨论了新一代操作工的参考架构;重点分析了新一代操作工的关键使能技术,包括外骨骼、增强现实、可穿戴技术、人工智能等。对新一代操作工的典型应用进行讨论,包括基于增强现实的复杂产品装配、工业机器人辅助制造和基于虚拟现实的制造培训等,展现新一代操作工的应用基础和效果,以期为人本智造的前沿探索、技术开发与实践应用提供参考。

基于反应谱分析法的大跨度自动扶梯受震变形研究

利用反应谱分析法对直线型、90°螺旋型和180°螺旋型3种不同结构的大跨度自动扶梯在地震中的变形进行了研究。通过ANSYS软件的数值模拟计算结果发现,螺旋型自动扶梯可以通过改变螺旋角度来改变自动扶梯的一阶振型。当自动扶梯的一阶振型为单峰时,螺旋型自动扶梯的最大振幅要大于直线型自动扶梯;当自动扶梯的一阶振型为双峰时,螺旋型自动扶梯的最大振幅被削弱而小于直线型自动扶梯。