本文選題：電液比例方向閥　切入點：先導控制閥　出處：《浙江大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：電液比例方向閥是注塑機、鍛壓機等重型液壓裝備的核心控制元件,其良好的比例控制性能及較高的抗污染能力可以滿足大多數(shù)工業(yè)裝備的應用要求。但在高性能運動控制方面,由于其固有的結(jié)構死區(qū)、有限的制造加工精度及保守的控制策略,其動態(tài)響應速度還不如電液比例伺服閥。特別是在大流量控制場合,采用多級液壓放大結(jié)構的先導式電液比例方向閥的換向滯后問題更為突出。因此,這類比例閥目前只能應用于開環(huán)控制系統(tǒng)或者動態(tài)響應速度要求不高的閉環(huán)控制系統(tǒng)。本學位論文基于這一背景,以典型的兩級先導式比例方向閥為研究對象,以提高比例閥換向響應速度為目標,從不確定控制死區(qū)的檢測與自適應補償、高頻響電流閉環(huán)控制策略、換向獨立控制型先導控制方案等方面展開研究,選題具有廣泛的工程應用背景和重要的學術研究價值。本學位論文提出了三種提高先導式比例閥換向響應速度的方法,包括結(jié)構死區(qū)在線檢測和軟件補償方法、非線性電流控制器及雙電磁鐵聯(lián)合驅(qū)動方法、以及一種具有更高響應速度的先導閥新結(jié)構及其控制策略。第一種,針對比例閥中結(jié)構死區(qū)變化范圍大,相互耦合程度高導致閉環(huán)控制增益取值保守的問題,提出了一種控制死區(qū)在線檢測方法,通過精確檢測死區(qū)大小并結(jié)合變增益補償控制策略合理選擇閉環(huán)控制增益,可以有效提高比例閥的動態(tài)響應速度,該方法可以作為比例閥控制器與比例閥性能匹配優(yōu)化設計的新方法。第二種,針對傳統(tǒng)模擬式線性電流控制器電流調(diào)節(jié)速度較低,引起閥芯控制響應速度較低的問題,提出了基于內(nèi)置參考模型原理的非線性電流控制器設計方法,并在此基礎上提出了雙電磁鐵聯(lián)合驅(qū)動策略。試驗結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的控制器相比,該電流控制器的頻響可提高約36.4%,并使主閥芯的換向滯后時間縮短約20%。采用雙電磁鐵聯(lián)合驅(qū)動方法進行比例閥位移控制,能使主閥芯換向滯后時間進一步縮短約11%,該方法可以為比例閥數(shù)字式電流控制器的設計提供新方案。第三種,提出換向獨立控制型先導閥設計方案,該結(jié)構采用左右獨立驅(qū)動的閥芯取代現(xiàn)有的單閥芯結(jié)構,閥芯運動組件的運動阻力降低且先導控制增益可獨立調(diào)節(jié),在此基礎上提出了死區(qū)預跨越驅(qū)動策略,樣機對比試驗結(jié)果表明,比例閥的動態(tài)響應性能進一步改善,換向滯后時間從25ms縮短至8ms,雙邊換向-3db頻響從7Hz提升至13Hz,-90°頻響從9Hz提升至18Hz,在未顯著增加比例閥的結(jié)構復雜性的基礎上,動態(tài)性能指標已經(jīng)達到比例伺服閥的水平,該方法為多級比例閥的高頻響先導級設計及控制提出了新的思路。論文主要結(jié)構如下:第一章,闡述了課題的研究背景,介紹了國內(nèi)外先導式電液比例方向閥的技術現(xiàn)狀,綜述了高頻響先導控制技術、比例閥死區(qū)檢測與補償?shù)确矫娴膰鴥?nèi)外研究現(xiàn)狀。在此基礎上確定了課題研究內(nèi)容,提出了課題的研究關鍵技術和難點。第二章,建立比例節(jié)流型電液比例閥的高精度動態(tài)仿真模型。為了提高動態(tài)仿真精度,本文將重點針對"反接卸荷式"驅(qū)動電路的電壓電流耦合特性、電磁鐵輸入電流-輸出力滯回特性,以及主閥異型閥口形狀下的液動力負載特性進行建模,并分別進行了試驗驗證。基于該仿真模型,定量分析了引起主閥芯換向響應滯后的主要因素及其比重,為后續(xù)章節(jié)提高響應速度奠定基礎。第三章,提出比例閥結(jié)構死區(qū)的在線檢測和補償方法。一方面,針對比例閥固有的中位死區(qū)及其不對稱問題,從遮蓋量和閥芯閥體配合間隙角度分析了控制死區(qū)在高精度控制中的敏感性,提出了一種控制死區(qū)的在線檢測方法。在此基礎上,針對比例閥中的過渡位死區(qū)和中位死區(qū)相耦合的問題,分析過渡位死區(qū)對控制性能的影響,提出了一種串聯(lián)死區(qū)解耦變增益補償算法以實現(xiàn)中位死區(qū)和過渡位死區(qū)的高精度補償。最后,懫用對比試驗手段驗證了所提出控制策略的有效性。第四章,提出數(shù)字式電流控制器及雙電磁鐵聯(lián)合驅(qū)動方法。針對電磁鐵驅(qū)動力的輸出滯后問題,在"反接卸荷式"快速驅(qū)動電路的基礎上設計了一種基于內(nèi)置參考模型的數(shù)字式電磁鐵電流控制算法,并與傳統(tǒng)模擬式控制器進行了動態(tài)性能對比。在此基礎上,設計了一種帶初始電流的雙電磁鐵聯(lián)合驅(qū)動方法,并通過實驗手段驗證其有效性。第五章,提出一種換向獨立控制型先導閥設計方案。介紹了換向獨立控制型比例閥的設計原理及功能特點。重點對比分析新型先導閥與傳統(tǒng)先導閥的阻尼特性和動態(tài)響應特性。基于這種新型先導閥,提出了兩種先導控制策略:換向獨立控制方法及帶死區(qū)預跨越的先導控制方法,針對兩種控制策略,分別與傳統(tǒng)比例閥產(chǎn)品進行了穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能對比試驗。第六章,對論文的研究結(jié)論進行總結(jié),在此基礎上提出本學位論文的創(chuàng)新點,并展望了課題的后續(xù)研究方向。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH137.52

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 史青;冀宏;王金林;解浩;;電液比例閥開啟過程中液動力的計算[J];液壓與氣動;2015年11期

2 徐兵;陸振宇;張軍輝;蘇琦;;比例電磁鐵動態(tài)實驗與建模仿真[J];液壓與氣動;2015年09期

3 徐兵;丁孺琦;張軍輝;;基于泵閥聯(lián)合控制的負載口獨立系統(tǒng)試驗研究[J];浙江大學學報(工學版);2015年01期

4 劉國平;夏五星;齊大偉;胡tb華;;電液比例閥獨立顫振的疊加方法研究[J];機床與液壓;2014年05期

5 盧文輝;李勝;呂敏健;;電液比例閥的結(jié)構原理與研究現(xiàn)狀[J];機床與液壓;2014年05期

6 焦宗夏;彭傳龍;吳帥;;工程機械多路閥研究進展與發(fā)展展望[J];液壓與氣動;2013年11期

7 許仰曾;;對中國液壓技術發(fā)展路線圖的解讀與思考[J];流體傳動與控制;2013年01期

8 艾超;孔祥東;田德志;;先導式大流量電液比例方向閥建模與仿真研究[J];計算機仿真;2012年11期

9 杜昌元;許益民;黃松;周飛宜;房小立;;比例電磁鐵電感的測量[J];機床與液壓;2012年07期

10 毛智勇;徐勝利;閔莉艷;;高頻響電液伺服比例閥發(fā)展展望[J];液壓與氣動;2012年03期

，

本文編號：1593078