液压刚度等参数对电液位置伺服系统特性影响分析

摘要

随着现代工业的发展，对电液伺服系统要求越来越高，往往需要系统在全工作范围内均能稳定、快速、准确的工作，然而，电液伺服系统却是一个参数时变、存在外干扰的非线性不确定系统，因此精确预知阀口系数、执行件位移、液压刚度和外负载刚度等参数变化下系统的性能十分重要。本文针对电液伺服系统运行过程中执行件位移、液压刚度和外负载刚度等参数变化的特点，运用理论分析和仿真研究相结合的方法，着重分析了执行件位移、液压刚度和外负载刚度变化过程中引起伺服阀阀口系数的变化，以及这些参数的变化对系统性能影响，在此基础上设计合适的控制器，使得系统在工作范围内能获得一致性较好的动静态特性。具体工作归纳如下：
　　1)根据电液伺服系统控制理论，以某阀控缸电液位置伺服系统为研究对象，建立此电液位置伺服系统数学模型。
　　2)分析电液伺服阀性能参数的影响因素，对伺服阀流量方程线性化后，结合液压缸和负载力平衡方程得到伺服阀阀口流量-压力系数和流量增益与阀口开度、外负载刚度及液压缸结构参数间的关系式；通过数值分析，给出了伺服阀阀口流量增益和流量-压力系数的变化规律。
　　3)根据所建立的系统数学模型和伺服阀阀口系数数值计算结果，借助MATLAB软件，建立了Simulink仿真模型。分别取不同的阀系数、液压刚度和负载刚度对系统仿真模型进行数值模拟。通过数值计算结果的对比，分析了阀口系数、液压刚度和负载刚度变化对系统的稳定性、快速性和准确性的影响，结果表明：液压刚度和阀系数变化范围内，随着液压缸活塞位移增加，系统响应变慢，并且稳态精度降低，幅值裕度为14.5dB-30.1dB，上升时间为0.356s-0.59s，稳态精度为99.1％-95.6%。
　　4)针对系统参数时变的问题，将模糊控制和PID控制相结合，设计了模糊PID控制器用于补偿系统参数的变化，使电液位置伺服系统的稳定性、快速性和准确性满足要求，稳态精度保持在99.3%以上。

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第一章 绪论

1.1 电液伺服系统简介

1.2 电液伺服系统特性研究现状

1.3 本课题的研究意义

1.4 论文主要研究内容

第二章 电液位置伺服系统工作原理及数学模型

2.1 电液位置伺服系统的工作原理

2.2 电液位置伺服系统数学模型

2.3 阀控缸传递函数

2.4 其他环节数学模型

本章小结

第三章 电液伺服阀阀口系数分析

3.1 阀口系数与系统性能参数关系分析

3.2 阀口系数的表达式

3.3 阀口系数分析

本章小结

第四章 变参数下电液伺服系统特性分析

4.1 电液位置伺服系统仿真模型建立

4.2 系统仿真分析

本章小结

第五章控制器设计

5.1 普通PID控制器

5.2 模糊PID控制器

5.3 系统响应特性对比分析

本章总结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

附录1攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录2攻读硕士学位期间参加的科研项目