【摘要】：液壓系統(tǒng)由于輸出功率重量比大、響應快、控制精度高、可提供遠程控制等特點,在航空航天、船舶、移動車輛、鋼鐵工業(yè)等領域得到了廣泛應用。同時,液壓系統(tǒng)與電子控制技術相融合,極大地推動了電液控制系統(tǒng)應用的快速增長。然而,液壓系統(tǒng)是一種以高能耗換取優(yōu)良操控性能的傳動方式,其應用正日益受到其他傳動技術(如機械傳動、電氣傳動)的挑戰(zhàn)。故在滿足性能要求的前提下實現(xiàn)節(jié)能控制已成為液壓領域焦點之一。傳統(tǒng)的閥控液壓系統(tǒng)利用一個多邊節(jié)流的主控制閥芯同時控制液壓執(zhí)行器的進出口油路,在進口節(jié)流調速的過程中,出口同時進行節(jié)流,造成了多余的出口節(jié)流損失,系統(tǒng)能耗大、效率低。液壓執(zhí)行器進、出口獨立節(jié)流控制技術在完成節(jié)流調速控制的同時,還可兼顧壓力控制,因此,可以消除傳統(tǒng)閥控液壓系統(tǒng)中重復的節(jié)流損失。針對傳統(tǒng)閥控液壓系統(tǒng)在進出口節(jié)流控制中存在的局限性,提出了一種兼顧優(yōu)良控制特性與低能耗的進出口獨立控制系統(tǒng)解決方案,并對其中的進出口閥口開啟特性、壓差補償特性、運動控制特性等關鍵問題進行深入研究。基于傳統(tǒng)四通閥控液壓系統(tǒng)的閥口開啟路徑方式,提出了七種典型的進出口獨立控制系統(tǒng)閥口開啟路徑方式,并對其靜態(tài)特性進行了分析。利用狀態(tài)空間方程,建立了進出口獨立控制系統(tǒng)的動態(tài)特性仿真模型,并進行了動態(tài)特性分析,得出了進出口獨立控制系統(tǒng)最優(yōu)的閥口開啟路徑方式�；谪撦d敏感系統(tǒng)的機液壓差補償原理,針對進出口獨立控制系統(tǒng)的進出口開口度獨立調節(jié)特性,得出了進口壓差補償方式和出口壓差補償方式�；诒迷磯毫Φ挠嬎愎�,得出了進口壓差補償系統(tǒng)和出口壓差補償系統(tǒng)最優(yōu)的閥口開啟路徑方式。并進行了靜態(tài)特性分析,得出了最優(yōu)的壓差補償方式�；陂y前補償和閥后補償原理,建立了原負載敏感系統(tǒng)和閥前補償進出口獨立控制系統(tǒng)分析模型,分別對兩系統(tǒng)在帶載提升工況下進行了分析,并對進口壓差補償進出口獨立控制系統(tǒng)的節(jié)能特性進行了分析。針對比例閥的死區(qū)、滯環(huán)特性,提出了死區(qū)滯環(huán)雙向等效補償方法,應用自適應慣性濾波器對壓力信號進行了濾波,并設計了基于分區(qū)域的專家PID控制器的壓差前饋—反饋復合控制策略,提升了進出口獨立控制系統(tǒng)的線性控制特性�；谒岢龅倪M出口獨立控制系統(tǒng)解決方案,以6T挖掘機為試驗驗證平臺,分別對單執(zhí)行器運動和多執(zhí)行器復合運動進行了試驗研究。理論分析與試驗結果表明:進出口獨立控制系統(tǒng)在動臂、斗桿和鏟斗的單執(zhí)行器運動中節(jié)能特性相比現(xiàn)有系統(tǒng)可分別提高39.5%、36.6%和32.3%;在動臂鏟斗復合運動、動臂斗桿復合運動、斗桿鏟斗復合運動和動臂斗桿鏟斗復合運動的節(jié)能特性分別可提高20.2%、25.6%、27.8%和20.8%。
[Abstract]:Hydraulic system has been widely used in aerospace, ship, mobile vehicle, iron and steel industry because of its high output power-weight ratio, fast response, high control precision, and can provide remote control, etc. The hydraulic system has been widely used in aerospace, ship, mobile vehicle, iron and steel industry and so on. At the same time, the integration of hydraulic system and electronic control technology has greatly promoted the rapid growth of the application of electro-hydraulic control system. However, hydraulic system is a kind of transmission with high energy consumption in exchange for excellent control performance, and its application is increasingly challenged by other transmission technologies, such as mechanical transmission and electrical transmission. Therefore, energy saving control has become one of the focuses in the hydraulic field on the premise of meeting the performance requirements. The traditional valve-controlled hydraulic system uses a multi-throttling main control valve core to control the inlet and outlet oil circuit of the hydraulic actuator at the same time. In the process of inlet throttling speed regulation, the outlet carries on the throttling at the same time, resulting in the excess outlet throttling loss. The system has high energy consumption and low efficiency. Independent throttle control technology for hydraulic actuator inlet and outlet not only completes throttle speed control, but also takes into account pressure control. Therefore, the repeated throttling loss in traditional valve controlled hydraulic system can be eliminated. In view of the limitation of the traditional valve-controlled hydraulic system in the control of inlet and outlet throttle, this paper puts forward a solution of the independent control system, which takes into account the excellent control characteristics and low energy consumption, and gives the opening characteristics of the inlet and exit valve ports among them. The key problems such as pressure difference compensation characteristics and motion control characteristics are deeply studied. Based on the valve opening path of the traditional four-way valve-controlled hydraulic system, seven typical ways of opening the valve opening path of the independent control system are put forward, and their static characteristics are analyzed. Based on the state space equation, the dynamic characteristic simulation model of the independent control system is established, and the dynamic characteristic analysis is carried out. The optimal valve opening path mode of the independent control system is obtained. Based on the principle of hydraulic pressure difference compensation for load sensitive system, the inlet pressure difference compensation mode and outlet pressure difference compensation mode are obtained according to the independent regulation characteristics of the inlet and exit opening degree of the independent control system. Based on the calculation formula of pump source pressure, the optimal opening path of inlet differential pressure compensation system and outlet differential pressure compensation system is obtained. The static characteristic analysis is carried out, and the optimal compensation method of pressure difference is obtained. Based on the principle of pre-valve compensation and post-valve compensation, the analysis models of the original load sensitive system and the independent control system of the pre-valve compensation inlet and outlet are established, and the analysis of the two systems under the load lifting condition is carried out respectively. The energy saving characteristics of the imported pressure difference compensation import and export independent control system are analyzed. According to the dead-time and hysteresis characteristics of proportional valve, a two-way equivalent compensation method of dead-time hysteresis is proposed. The adaptive inertial filter is used to filter the pressure signal. The pressure difference feedforward-feedback compound control strategy based on sub-domain expert PID controller is designed to improve the linear control characteristics of the independent control system. Based on the proposed solution of the independent control system for import and export, the single actuator motion and the multi-actuator composite motion were tested and studied on the 6T excavator as the test verification platform. The results of theoretical analysis and test show that the energy-saving characteristics of the independent control system can be increased by 39.5%, 36.6% and 32.3% respectively compared with the existing system in the single actuator motion of the boom, bucket rod and bucket. The energy-saving characteristics of the combined movement of the moving arm shovel and bucket, the combined movement of the movable arm bucket and the movable arm bucket can be increased by 20.2%, 25.6%, 27.8% and 20.8%, respectively, and the energy saving characteristics of the combined movement can be improved by 20.2%, 25.6%, 27.8% and 20.8% respectively.
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU621;TP273

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本文編號：2470898