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液压圆柱滑阀K-K型节流槽流量面积参数模型

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西安交通大学学报 2023年

作者：张宇航闫桂山杨明昆余聪陈革新姜文光燕山大学机械工程学院中山大学智能工程学院新疆工程学院机电工程学院

针对K-K型节流槽流量系数复杂时变、结构参数强耦合的特征，采用流量面积参数模型（FAPM）开展了液压圆柱滑阀K-K型节流槽阀口流量压降特性研究。首先，推导出K-K型节流槽阀口面积的数学模型，并将其等效为3个单阶K型节流槽阀口面积的... 详细信息

针对K-K型节流槽流量系数复杂时变、结构参数强耦合的特征，采用流量面积参数模型（FAPM）开展了液压圆柱滑阀K-K型节流槽阀口流量压降特性研究。首先，推导出K-K型节流槽阀口面积的数学模型，并将其等效为3个单阶K型节流槽阀口面积的组合形式；其次，基于计算流体动力学（CFD）和响应面模型（RSM），建立了极限饱和流量下K-K型节流槽的FAPM模型；最后，通过对FAPM模型开展分析，得到组合型节流槽阀芯结构与流量压降的映射关系。研究结果表明：当入口体积流量大于7.31 L/min时，满足极限流量饱和条件，此时流量系数与入口体积流量无关；当入口体积流量为20、30、50 L/min时，FAPM模型预测的K-K型节流槽阀口压降值与CFD仿真值的平均误差均控制在7%以内。该模型完成了对K-K型节流槽阀芯结构的近似表达，并可应用于其他类型的组合型节流槽。

关键词：液压圆柱滑阀 K-K型节流槽流量面积参数模型流量压降计算流体动力学响应面模型

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容积伺服电液作动器位置控制研究

西安交通大学学报 2021年第1期55卷 94-100页

作者：闫桂山金振林燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 河北省重型智能制造装备技术创新中心河北秦皇岛066004

针对容积伺服电液作动器位置高精度控制问题,建立电液作动器位置控制数学模型,提出三状态反馈与三状态顺馈控制策略。该控制策略通过三状态反馈补偿系统固有频率和阻尼比,并利用三状态顺馈实现极点配置,进而对控制器进行参数优化设计,... 详细信息

针对容积伺服电液作动器位置高精度控制问题,建立电液作动器位置控制数学模型,提出三状态反馈与三状态顺馈控制策略。该控制策略通过三状态反馈补偿系统固有频率和阻尼比,并利用三状态顺馈实现极点配置,进而对控制器进行参数优化设计,有效提高系统的动态特性。搭建容积伺服电液作动器实验平台,针对所提出的控制方法进行实验验证。研究结果表明:所提出的容积伺服电液作动器位置控制方法具有较好的控制效果,可实现电液作动器的高精度控制,控制精度达±0.01 mm,将为电液作动器的工程推广与应用奠定良好的基础。

关键词：容积伺服电液作动器位置控制三状态反馈三状态顺馈

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平面磨床泵控液压系统速度特性研究

机电工程 2023年第5期40卷 723-730,756页

作者：李斌赵瑞张天贵孙琦闫桂山艾超燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 中山大学智能工程学院广东广州510275

针对平面磨床泵控液压系统中的速度特性问题,采用S型曲线规划伺服电机转速,配合使用蓄能器添加阻尼的方法,并结合仿真与实验对其展开了研究。首先,从系统数学模型入手,建立了伺服电机、定量泵与阻尼等关键元件的数学模型;然后,利用AMEsi... 详细信息

针对平面磨床泵控液压系统中的速度特性问题,采用S型曲线规划伺服电机转速,配合使用蓄能器添加阻尼的方法,并结合仿真与实验对其展开了研究。首先,从系统数学模型入手,建立了伺服电机、定量泵与阻尼等关键元件的数学模型;然后,利用AMEsim仿真软件搭建了系统的仿真模型,对系统中蓄能器与阻尼的使用配合S型电机速度曲线进行了验证,提高了液压系统运行的稳定性;最后,为了验证仿真结果的可靠性,搭建了一个平面磨床泵控液压系统实验平台,对负载运行的速度特性进行了实验研究,并将实验数据与仿真结果进行了对比分析。研究结果表明:液压系统优化后,插装阀阀芯动作的稳定性、准确性、系统压力波动与油缸运行速度平稳性得到了改善,最终速度超调量减小了79.3%;同时,实验结果与仿真结果基本吻合,液压缸压力与运动速度稳定性都有所提升,系统整体运行品质得到了改善。

关键词：平面磨床泵控系统速度波动仿真模型 AMEsim 插装阀阀芯

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液压型风力发电机组转矩波动抑制研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2015年第11期43卷 39-44页

作者：艾超董彦武孔祥东闫桂山燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室河北秦皇岛066004 燕山大学先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛066004

以液压型风力发电机组为研究对象,针对机组高质量电能问题展开研究.建立了机组液压传动系统数学模型,推导了液压系统输出转矩对变量马达摆角的传递函数.以数学模型为基础,提出了机组转矩波动抑制方法,通过系统压力反馈、风力机转速反馈... 详细信息

以液压型风力发电机组为研究对象,针对机组高质量电能问题展开研究.建立了机组液压传动系统数学模型,推导了液压系统输出转矩对变量马达摆角的传递函数.以数学模型为基础,提出了机组转矩波动抑制方法,通过系统压力反馈、风力机转速反馈和机组输出转矩反馈对变量马达摆角进行修正补偿,并对其控制律进行推导分析.以30kV·A液压型风力发电机组模拟实验台为基础,针对所提出的转矩波动抑制方法进行仿真和实验研究.仿真和实验结果表明:液压型风力发电机组转矩波动抑制方法具有良好的控制效果,基本实现了对机组输出转矩的柔性控制,为液压型风力发电机组输出高质量电能提供了一定的理论和实验基础.

关键词：风力发电机组液压传动高质量电能转矩波动抑制柔性控制

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液压型风力发电机组低电压穿越控制研究

液压型风力发电机组低电压穿越控制研究

作者：闫桂山燕山大学

学位级别：硕士

随着风力机大型化进程的推进,风力发电在电网中所占的比重逐渐增加。为确保大规模风电接入电网后电力系统运行的稳定性、安全性与可靠性,世界各国都相继对风电场/风电机组并网技术提出了严格的规范。其中,低电压穿越是风电机组稳定运行... 详细信息

随着风力机大型化进程的推进,风力发电在电网中所占的比重逐渐增加。为确保大规模风电接入电网后电力系统运行的稳定性、安全性与可靠性,世界各国都相继对风电场/风电机组并网技术提出了严格的规范。其中,低电压穿越是风电机组稳定运行的最大挑战,也是当前风电场接入电网后亟待解决的重要难题。本文以液压型风力发电机组为研究对象,该机组通过定量泵-变量马达闭式液压系统实现风力机到发电机之间的功率传输,减小了机舱重量,提高了发电质量,降低了对电网的冲击。与传统风力发电机组一样,液压型风力发电机组同样需要具备低电压穿越能力。本文针对液压型风力发电机组低电压穿越控制方法展开研究,利用机理建模的方法建立风力机模型、液压传动模型、同步发电机模型和励磁系统模型。考虑机组发电机负载特性与风力机的能量捕获输入,研究机组的状态空间模型,并建立机组耦合数学模型。以机组液压传输系统为研究对象,研究系统非线性,探索系统能量传递与耗散机理,分析系统耦合特性,确定线性化与解耦方法。提出通过比例节流阀开度和变量马达摆角控制液压系统输出转矩和输出转速的低电压穿越控制方法。分别基于动态面控制和能量耗散规律对变量马达摆角和比例节流阀开度控制律进行推导分析,拟实现机组低电压穿越过程中传输功率的快速调整,同时保证发电机稳定工作于工频转速,保持并网运行。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,分别对三相电压等幅跌落、两相对地短路故障和单相对地短路故障进行低电压运行仿真分析,得到机组在不同电网故障下的瞬态响应参数及运行特性。以机组低电压运行特性为基础进行仿真分析,对所提出的控制方法进行仿真验证。最后,以燕山大学24kW半物理模拟实验平台为基础,配合电网模拟器模拟低电压穿越的故障形式,对液压型风力发电机组低电压穿越进行实验研究。实验分析电网模拟器的模拟特性,并验证液压型风力发电机组低电压穿越控制方法的可行性。

关键词：风力发电液压传动低电压穿越解耦控制动态面控制能量耗散非线性

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液压型风力发电机组最佳功率追踪控制研究

热能动力工程 2015年第1期30卷 138-144,171页

作者：艾超闫桂山孔祥东廖利辉燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室河北秦皇岛066004 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛066004

针对液压型风力发电机组能量转化效率问题,以最佳机组输出功率为控制目标,提出了两种最佳功率追踪方法。以30 k VA液压型风力发电机组实验平台为基础,研究所提出控制方法的可行性与控制特点。仿真和实验结果表明:直接压力控制的最佳功... 详细信息

针对液压型风力发电机组能量转化效率问题,以最佳机组输出功率为控制目标,提出了两种最佳功率追踪方法。以30 k VA液压型风力发电机组实验平台为基础,研究所提出控制方法的可行性与控制特点。仿真和实验结果表明:直接压力控制的最佳功率追踪控制方法简单易行,但其准确性易受系统效率影响;考虑系统效率时,系统压力和风力机转速联合控制的最佳功率追踪控制方法具有更精确的追踪效果。

关键词：风力发电液压传动最佳功率追踪压力控制风力机转速

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液压型风力发电机组能量传递与耗散

中国机械工程 2015年第18期26卷 2491-2496页

作者：艾超闫桂山孔祥东董彦武燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室秦皇岛066004 先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室(燕山大学) 秦皇岛066004

为分析液压型风力发电机机组能量转化机理,针对其能量传递与耗散问题展开了研究。将整个机组分解为若干个关键子单元,建立机组能量传递模型,分析机组能量传递变化规律;以能量传递模型为基础,对机组能量耗散进行推导分析,得到机组能量耗... 详细信息

为分析液压型风力发电机机组能量转化机理,针对其能量传递与耗散问题展开了研究。将整个机组分解为若干个关键子单元,建立机组能量传递模型,分析机组能量传递变化规律;以能量传递模型为基础,对机组能量耗散进行推导分析,得到机组能量耗散数学模型。将30kV·A液压型风力发电机组实验台作为仿真和实验基础,对机组能量传递与耗散进行仿真与实验研究,进而验证理论分析的准确性。研究结果表明:机组在工作过程中其能量特征状态发生改变,并存在一定的能耗,整机效率约为65.7%。

关键词：风力发电液压传动能量传递能量耗散

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多路阀K形节流槽阀口流阻特性

液压与气动 2023年第9期47卷 63-74页

作者：张宇航杨明昆艾超余聪闫桂山姜文光燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 中山大学智能工程学院广东深圳518107

针对多路阀K形节流槽阀口流动阻力大、阀芯滞卡、振动噪声等问题。以某型装载机多路阀铲斗滑阀联为研究对象,基于流体动力学和湍流场协同理论,应用数值模拟方法对不同阀口开度和入口体积流量下的铲斗滑阀联流场进行稳态仿真,研究入口节... 详细信息

针对多路阀K形节流槽阀口流动阻力大、阀芯滞卡、振动噪声等问题。以某型装载机多路阀铲斗滑阀联为研究对象,基于流体动力学和湍流场协同理论,应用数值模拟方法对不同阀口开度和入口体积流量下的铲斗滑阀联流场进行稳态仿真,研究入口节流阀口面积、流场特性及压降场协同角分布规律。研究结果表明:K形节流槽内部流动阻力较大的区域主要分布在节流槽等效阀口面积、节流槽外壁、阀芯凹角及剧烈涡流等压力梯度变化较大或流线弯折角度较大处,随着阀口开度的增加,流动阻力逐渐减小,入口体积流量对阀内流动阻力没有显著影响。研究成果将为非全周开口滑阀的流动减阻优化设计提供思路。

关键词：多路阀 K形节流槽流阻特性阀口面积流场分布场协同理论

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电动装载机双阀芯电液负载敏感系统特性研究

机电工程 2023年第12期40卷 2001-2010页

作者：余聪闫桂山张宇航艾超李艳文陈文婷燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004 中山大学智能工程学院广东广州510275

针对装载机传统定量液压系统节流溢流损耗严重、系统流量易受负载扰动和动臂铲斗不能复合动作等问题,提出了一种双阀芯电液负载敏感系统,并设计了不同工作模式下的控制策略,对电液负载敏感系统的特性进行了研究。首先,对比阐述了装载机... 详细信息

针对装载机传统定量液压系统节流溢流损耗严重、系统流量易受负载扰动和动臂铲斗不能复合动作等问题,提出了一种双阀芯电液负载敏感系统,并设计了不同工作模式下的控制策略,对电液负载敏感系统的特性进行了研究。首先,对比阐述了装载机传统定量系统和双阀芯电液负载敏感系统的构型及原理;然后,从理论上分析了双阀芯电液负载敏感系统的工作和能耗特性,并分别制定了动臂铲斗在阻抗伸出和超越缩回工况下单独动作和复合动作的控制策略;最后,利用AMESim和LMS Virtual.Lab Motion软件搭建了机电液联合仿真模型,并对双阀芯电液负载敏感系统在装载机上的运行特性与节能特性进行了仿真研究。研究结果表明:双阀芯电液负载敏感系统可根据不同负载工况实现工作模式的切换,执行机构的流量仅与电液比例阀开度有关,而不受负载变化的影响,操控性能大大提升;且在一个工作循环内,相较于传统定量液压系统,该系统的能耗降低约71.8%。仿真结果表明该系统提高了装载机作业的平稳性和效率。

关键词：轮式装载机液压系统进出口独立控制变转矩控制负载敏感系统节能特性