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Nonlinear Mathematical Modeling and Sensitivity Analysis of Hydraulic Drive Unit

Chinese Journal of Mechanical Engineering 2015年第5期28卷 999-1011页

作者： KONG Xiangdong YU Bin quan lingxiao BA Kaixian WU Liujie National Engineering Research Center for Local Joint of Advanced Manufacturing Technology and Equipment Yanshan University Hebei Provincial Key Laboratory of Heavy Machinery Fluid Power Transmission and Control Yanshan University School of Mechanical Engineering Yanshan University

The previous sensitivity analysis researches are not accurate enough and also have the limited reference value, because those mathematical models are relatively simple and the change of the load and the initial displacement changes of the piston are ignored, even experiment verification is not conducted. Therefore, in view of deficiencies above, a nonlinear mathematical model is established in this paper, including dynamic characteristics of servo valve, nonlinear characteristics of pressure-flow, initial displacement of servo cylinder piston and friction nonlinearity. The transfer function block diagram is built for the hydraulic drive unit closed loop position control, as well as the state equations. Through deriving the time-varying coefficient items matrix and time-varying free items matrix of sensitivity equations respectively, the expression of sensitivity equations based on the nonlinear mathematical model are obtained. According to structure parameters of hydraulic drive unit, working parameters, fluid transmission characteristics and measured friction-velocity curves, the simulation analysis of hydraulic drive unit is completed on the MATLAB/Simulink simulation platform with the displacement step 2 mm, 5 mm and 10 mm, respectively. The simulation results indicate that the developed nonlinear mathematical model is sufficient by comparing the characteristic curves of experimental step response and simulation step response under different constant load. Then, the sensitivity function time-history curves of seventeen parameters are obtained, basing on each state vector time-history curve of step response characteristic. The maximum value of displacement variation percentage and the sum of displacement variation absolute values in the sampling time are both taken as sensitivity indexes. The sensitivity indexes values above are calculated and shown visually in histograms under different working conditions, and change rules are analyzed. Then the sensitivity index

关键词： nonlinear mathematical model hydraulic drive unit valve-controlled symmetrical cylinder sensitivity analysis sensitivity index

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First order sensitivity analysis of magnetorheological fluid damper based on the output damping force

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High Technology Letters 2017年第4期23卷 446-454页

作者：孔祥东 Li Bin quan lingxiao Guo Haixin Bai Ruxia College of Mechanical Engineering Yanshan University Qinhuangdao 066004 P. R. China Hebei Provincial Key Laboratory of Heavy Machinery Fluid Power Transmission and Control Qinhuangdao 066004 P. R. China

With many features,the magnetorheological fluid( MRF) damper is widely applied in the semiactive vibration control system. And sensitivity analysis is an important method to study the influence weight of various parameters on damping force characteristics. A mathematical model of the output damping force on the MRF damper is established by the mechanism modeling method,a first order output sensitivity equation is deduced and the expression of the first order output sensitivity function is obtained. The first-order sensitivity functions of ten design parameters are solved,and the influence degree of system parameters change on the output force of MRF damper is analyzed by comparing the sensitivity index of the parameters. Two sensitivities of vibration velocity and control current are obtained through experiment to prove the other parameters sensitivity analysis conclusion by analogy verification,which provides guidance for the structure optimization design of MRF damper.

关键词： magnetorheological fluid(MRF) damper output damping force first order sensitivity analysis sensitivity index

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Friction coupling vibration characteristics analysis of aviation hydraulic pipelines considering multi factors

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High Technology Letters 2018年第2期24卷 180-188页

作者： quan lingxiao Guo Meng Shi Junqiang Jiao Zongxia Guo Changhong College of Mechanical Engineering Yanshan University Qinhuangdao 066004 P. R. Chin School of Automation Science and Electrical Engineerging Beihang University Beijing 100083 P. R. Chin School of Mechanical Engineering Beijing Institute of Technology Beijing 100081 P. R. China

As the power transmission system of an aircraft,a hydraulic pipeline system is equivalent to the " blood vessel" of the aircraft. With the development of aircraft hydraulic system to high pressure,high speed and high power ratio,the fluid-structure interaction vibration mechanism of hydraulic pipeline is more complex and the influence of friction coupling on vibration cannot be ignored. The fluid-structure interaction of hydraulic pipeline will lead to system vibration,lower reliability of system operation and even pipeline rupture. Taking a hydraulic pipeline of C919 aircraft wingtip as the research object,a 14-equation model of fluid-structure interaction vibration considering friction coupling effect is established in this paper. The effects of friction and fluid parameters on the pipeline fluid-structure interaction vibration characteristics are studied and verified by experiments. The research results will provide theoretical guidance for the analysis of the pipeline fluid-structure interaction vibration and have important theoretical significance and great engineering value for promoting the localization process of large aircraft.

关键词： aviation hydraulic pipeline fluid-structure interaction vibration friction coupling fluid parameters frequency domain characteristics

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Research on two-dimensional fluid vibration axial transmission path model of axial piston pump

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High Technology Letters 2019年第1期25卷 48-56页

作者： quan lingxiao Bai Ruxia Zhang Qiwei Liu Song Lu Yueliang College of Mechanical Engineering Yanshan University Hebei Provincial Key Laboratory of Heavy Machinery Fluid Power Transmission and Control Nanjing Engineering Institute of Aircraft System Jincheng AVIC

High speed and high pressure can enhance the vibration of axial piston pump. A fluid vibration transmission law of axial piston pump is studied in this paper. According to harmonic response analysis results, a transmission path analysis is used to establish a two-dimensional fluid vibration transmission path model in the vertical plane, which has characteristics of multi excitation sources, multi-path and multi-receptors. Model parameters are obtained by experimental and numerical analysis. Matlab is used to solve the model, and acceleration vibration response of three shells is got. To reduce the effect of mechanical vibration, the surface acceleration of pump is tested under low speed condition. Results show that the model can accurately reveal transmission law of fluid vibration and the accuracy is more than 90%. The research lays a foundation for exploring vibration transmission law and vibration control.

关键词： axial piston pump fluid vibration vibration transmission path vibration response

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Decoupling Control Research on Test System of Hydraulic Drive Unit of Quadruped Robot Based on Diagonal Matrix Method

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Intelligent Control and Automation 2013年第3期4卷 287-292页

作者： lingxiao quan Wei Zhang Bin Yu Liang Ha College of Mechanical Engineering Yanshan University Qinhuangdao China College of Mechanical Engineering Yanshan University Qinhuangdao China Engineering Research Center of Advanced Forging & Stamping Technology and Science Yanshan University Qinhuangdao China

The mathematical model of hydraulic drive unit of quadruped robot was built in this paper. According to the coupling characteristics between position control system and force control system, the decoupling control strategy was realized based on diagonal matrix method in AMESim?. The results of simulation show that using diagonal matrix method can achieve the decoupling control effectively and it can achieve the decoupling control more effectively with the method of not offset pole-zero in the S coordinate. This research can provide theoretical basis for the application of test system of hydraulic drive unit.

关键词： Position Control System Force Control System Diagonal Matrix Method Decoupling Control

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基于联合测控的电液伺服阀动态性能测试研究

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农业机械学报 2016年第1期47卷 377-382页

作者：权凌霄盛世伟陈刚燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 燕山大学先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室秦皇岛066004

针对电液伺服阀动态特性测试精度低、高频控制效果较差的问题,在GB/T 15623.1—2003基础上构建电液伺服阀联合测控平台,利用PLC系统对作动筒进行低频控制,减小了测试原理误差。提出了一种对扫频控制信号进行积分计算来进行频率响应特性... 详细信息

针对电液伺服阀动态特性测试精度低、高频控制效果较差的问题,在GB/T 15623.1—2003基础上构建电液伺服阀联合测控平台,利用PLC系统对作动筒进行低频控制,减小了测试原理误差。提出了一种对扫频控制信号进行积分计算来进行频率响应特性分析的计算方法。利用Lab VIEW软件采取定采样、变采样率的方法发出信号,实现对扫频信号的精确控制。给出了MOOG D761-2716A型机械反馈伺服阀及MOOG D661-1945E型电位移反馈伺服阀的动态性能实测曲线,试验证明,所提方法对电液伺服阀动态性能测试精度可达±4%。

关键词：电液伺服阀联合测控低频控制动态测试

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弹支航空液压管路的加速度载荷响应分析

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振动与冲击 2016年第21期35卷 209-213页

作者：权凌霄李东王鸿鑫曹源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 中航工业金城南京机电液压工程研究中心南京210000 上海飞机设计研究院上海200232

承受加速度载荷激励的管路应力分析是飞机液压管路设计重点考虑的问题之一。基于响应谱分析方法,研究航空液压管路在加速度载荷作用下的应力响应规律。采用"梁"模型建立两端固支液压管路的动力学数学模型,求解其固有频率;建立其有限元... 详细信息

承受加速度载荷激励的管路应力分析是飞机液压管路设计重点考虑的问题之一。基于响应谱分析方法,研究航空液压管路在加速度载荷作用下的应力响应规律。采用"梁"模型建立两端固支液压管路的动力学数学模型,求解其固有频率;建立其有限元模型进行模态分析,得到管路固有频率。通过锤击实验验证了动力学模型和有限元模型的准确性。以加速度为载荷,对弹支管路进行响应谱分析,发现最大应力出现在管路支承位置,在此基础上,改变管路承受的加速度载荷和支撑刚度,仿真结果表明最大应力值与加速度大小成线性关系,与支撑刚度成非线性关系。

关键词：弹支管路加速度激励响应谱应力

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四足仿生机器人液压驱动单元轨迹灵敏度分析

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机械工程学报 2013年第14期49卷 170-175页

作者：孔祥东俞滨权凌霄巴凯先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 燕山大学机械工程学院秦皇岛066004

建立四足仿生机器人液压驱动单元数学模型,给出可描述液压驱动单元动态特性的时域和频域表达式,通过特定工况下液压驱动单元位移阶跃响应的仿真曲线与试验曲线对比,验证数学模型在该工况下的准确性。基于液压驱动单元状态方程,建立液压... 详细信息

建立四足仿生机器人液压驱动单元数学模型,给出可描述液压驱动单元动态特性的时域和频域表达式,通过特定工况下液压驱动单元位移阶跃响应的仿真曲线与试验曲线对比,验证数学模型在该工况下的准确性。基于液压驱动单元状态方程,建立液压驱动单元轨迹灵敏度模型,通过求解液压驱动单元的位移阶跃响应对应其结构参数、工作参数及PID控制器增益的灵敏度函数曲线,研究液压驱动单元参数对其输出特性的影响,并以参数变化引起输出变化百分比为衡量指标,分析各参数变化对输出特性影响程度的大小,从而给出影响其稳态特性和动态特性的主要影响参数和次要影响参数,上述分析结论为四足仿生机器人液压驱动单元结构改进设计和控制器参数优化奠定理论基础。

关键词：四足仿生机器人液压驱动单元轨迹灵敏度分析 Matlab

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采用“GA+LM”优化BP神经网络的电液伺服阀故障诊断

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中国机械工程 2018年第5期29卷 505-510页

作者：权凌霄郭海鑫盛世伟李雷燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 河北省重型机械流体动力传输与控制实验室秦皇岛066004 中国航发北京航科发动机控制系统科技有限公司北京102200

针对标准BP神经网络用于故障诊断时学习效率低、收敛速度慢、易陷入局部极小点及对初始参数较为敏感等不足,提出了一种组合优化的方法,即采用遗传算法(GA)确定BP神经网络的最佳初始权值矩阵,以规避BP神经网络对初始参数较为敏感的不足;... 详细信息

针对标准BP神经网络用于故障诊断时学习效率低、收敛速度慢、易陷入局部极小点及对初始参数较为敏感等不足,提出了一种组合优化的方法,即采用遗传算法(GA)确定BP神经网络的最佳初始权值矩阵,以规避BP神经网络对初始参数较为敏感的不足;应用LM(Levenberg-Marquardt)算法在局部解空间里对BP神经网络进行精确训练,搜索全局最优解。该方法在保留BP神经网络的广泛映射能力的前提下,提升了网络的学习速度和精确搜索能力,进而大幅提高了基于BP神经网络的电液伺服阀故障诊断的效率和精度。通过对MOOG D761-2716A机械反馈伺服阀进行故障诊断,进一步说明了该方法的实用性和高效性。

关键词：机械装备电液伺服阀故障诊断 BP神经网络 GA+LM算法

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液压管路流固耦合振动机理及控制研究现状与发展

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机械工程学报 2015年第18期51卷 175-183页

作者：权凌霄孔祥东俞滨白欢欢燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 燕山大学先进制造成形技术及装备国家地方联合工程研究中心秦皇岛066004

液压管路系统由于存在多物理场、多尺度及流固耦合非线性等特性,因此其振动特性复杂,且危害很大。又由于工业生产的需求,液压系统正逐步向高压高速和高功重比方向发展,又使得液压管路振动的产生和传播机理变得更为复杂。因此有必要对液... 详细信息

液压管路系统由于存在多物理场、多尺度及流固耦合非线性等特性,因此其振动特性复杂,且危害很大。又由于工业生产的需求,液压系统正逐步向高压高速和高功重比方向发展,又使得液压管路振动的产生和传播机理变得更为复杂。因此有必要对液压管路的振动机理和控制方法及其研究现状进行总结和分析。阐述液压管路振动的危害性和复杂性,并结合近十年来国内外专家学者对于液压管路振动模型的研究内容,在对考虑多场、多尺度及流固耦合因素影响的液压管路振动机理进行总结的基础上,对液压管路流固耦合线性化动力学模型和非线性振动模型的研究成果进行分析,并对液压管路被动、主动及半主动振动控制的研究进展及研究成果进行评述,在此基础上提出今后液压管路系统流固耦合振动机理及振动控制研究的发展趋势。

关键词：液压管路振动流固耦合振动控制流量脉动

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