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直驱泵控电液位置伺服系统模糊滑模控制仿真与实验研究

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机械科学与技术 2015年第8期34卷 1239-1243页

作者：高岗郑建明章小林李言肖继明肖敏西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048

针对直驱泵控电液位置伺服系统采用普通滑模控制存在高频抖振现象以及跟踪控制性能欠佳的问题,在普通滑模控制的基础上引入模糊控制量来柔化控制信号,从而削弱滑模切换时产生的剧烈抖振,提高电液位置伺服系统控制精度和稳定性。设计了... 详细信息

针对直驱泵控电液位置伺服系统采用普通滑模控制存在高频抖振现象以及跟踪控制性能欠佳的问题,在普通滑模控制的基础上引入模糊控制量来柔化控制信号,从而削弱滑模切换时产生的剧烈抖振,提高电液位置伺服系统控制精度和稳定性。设计了比例切换模糊滑模控制器,实现了利用模糊控制输出项柔化滑模切换控制。采用滑模控制和模糊滑模控制对单位阶跃响应和余弦跟踪特性进行了仿真与实验研究。结果表明:模糊滑模控制能显著提高直驱泵控系统的动态响应速度和稳态控制精度,增强系统的鲁棒性,削弱普通滑模控制存在的高频抖振现象。

关键词：直驱泵控系统电液位置伺服控制滑模控制模糊控制模糊滑模控制

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前馈模糊PID控制的直驱双泵控三腔缸系统

液压与气动 2023年第6期47卷 79-87页

作者：张树忠张雪峰郑祥盘刘晓红刘意福建工程学院福建省智能加工技术及装备重点实验室福建福州350108 先进驱动节能技术教育部工程研究中心四川成都610031 闽江学院福建省教育厅先进运动控制重点实验室福建福州350108

针对液压挖掘机在工作过程中大量动臂势能被浪费,提出一种复合速度前馈与模糊PID控制的直驱双泵控三腔缸系统。在MATLAB/Simulink中,建立直驱泵控差动缸系统模型,通过试验验证其正确性,在该模型基础上搭建直驱泵控三腔缸系统模型,设计... 详细信息

针对液压挖掘机在工作过程中大量动臂势能被浪费,提出一种复合速度前馈与模糊PID控制的直驱双泵控三腔缸系统。在MATLAB/Simulink中,建立直驱泵控差动缸系统模型,通过试验验证其正确性,在该模型基础上搭建直驱泵控三腔缸系统模型,设计速度前馈模糊PID控制器,建立挖掘机动力学模型,将所提出节能系统应用于挖掘机动臂。通过仿真,对动臂在典型挖掘工况下的运行性能及能耗特性进行分析。结果表明,相比于直驱泵控差动缸系统,所提出系统峰值功率降低25.12%和节能33.11%;同时所设计控制器将位移跟踪误差控制在3%,与传统PID、速度前馈PID相比,响应速度快、超调小、位置跟踪精度更高。

关键词：液压挖掘机三腔液压缸直驱泵控系统节能速度前馈模糊PID

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伺服电机驱动液压加载系统实验研究

伺服电机驱动液压加载系统实验研究

作者：刘宁宁东北大学

学位级别：硕士

近年来,随着永磁伺服电动机控制理论和变压变频技术的不断发展,出现了一种以永磁伺服电动机为驱动核心的新型电液伺服系统。这种系统没有伺服阀和比例阀的参与,被称为无阀式电液伺服系统,或者是直驱泵控式电液伺服系统。与传统伺服系统... 详细信息

近年来,随着永磁伺服电动机控制理论和变压变频技术的不断发展,出现了一种以永磁伺服电动机为驱动核心的新型电液伺服系统。这种系统没有伺服阀和比例阀的参与,被称为无阀式电液伺服系统,或者是直驱泵控式电液伺服系统。与传统伺服系统相比,具有控制灵活、节能高效、结构简单、噪音污染小、成本低、抗污染能力强等优点。就直驱泵控式电液伺服系统的各种优点看来,对这种系统进行研究,提高该系统的各项性能,有很好的社会效益和经济效益。本课题的主要任务是以永磁伺服电机作为驱动源,考虑液压系统的工作原理和新型直驱泵控式电液伺服系统的控制原理,对直驱泵控式电液伺服系统的控制精度进行研究。主要研究工作有以下三点:（1）通过查阅大量国内外相关文献和资料,大体了解新型直驱泵控式电液伺服系统的研究现状。对新型伺服控制系统的控制方案、液压控制系统和电气控制系统进行研究,对重要的液压元件和电气元件进行选型。（2）分析了新型伺服系统的动作过程,运用西门子STEP7-Micro/win软件编写系统的基本逻辑控制程序和以PI控制算法为核心的PID控制程序,运用WinCC完成系统控制界面的设计。（3）根据电气原理图、液压原理图搭建控制实验台,从系统的稳定性、快速性、准确性三个方面对该加载系统进行分析,实验表明该系统的稳态误差为4%,调整时间为0.3-0.4s,稳定性较好。

关键词：电液伺服系统直驱泵控系统 PI控制人机界面(HMI) 实验研究

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直驱泵控三腔液压缸挖掘机动臂节能研究

液压与气动 2023年第10期47卷 110-118页

作者：张树忠张雪峰刘意刘晓红福建理工大学福建省智能加工技术及装备重点实验室福建福州350108 北京建筑机械化研究院有限公司北京100000 先进驱动节能技术教育部工程研究中心四川成都610031

针对液压挖掘机动臂系统举升时峰值功率大、下降时重力势能转换为热能浪费等情况,提出直驱泵控三腔液压缸动臂节能系统。该系统采用柱塞缸与活塞缸结合形成的三腔液压缸,通过伺服电机驱动定量泵控制A,B腔,C腔与蓄能器相接进行存储释放势... 详细信息

针对液压挖掘机动臂系统举升时峰值功率大、下降时重力势能转换为热能浪费等情况,提出直驱泵控三腔液压缸动臂节能系统。该系统采用柱塞缸与活塞缸结合形成的三腔液压缸,通过伺服电机驱动定量泵控制A,B腔,C腔与蓄能器相接进行存储释放势能,并对蓄能器不同初始压力下对系统能耗进行分析。同时增设逆变器、电容等对马达工况回馈的能量进行电气式能量回收。MATLAB/Simulink建立直驱泵控三腔液压缸节能系统模型。在仅动臂升降工况下进行仿真,结果表明,相比直驱泵控差动缸,提出的节能系统可降低峰值功率36.64%和节能40.24%,实现高效的势能回收,取得良好的节能效果,同时系统运行速度最大误差减小了23%,进一步提高了系统运行平稳性。

关键词：液压挖掘机三腔液压缸直驱泵控系统液压蓄能器能量回收

基于智能优化算法的前馈PID直驱泵控电液伺服控制技术研究

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基于智能优化算法的前馈PID直驱泵控电液伺服控制技术研究

作者：贾甜甜西安理工大学

学位级别：硕士

电液伺服驱动技术以其控制精度高、响应速度快和输出功率大等优点在航空、工程机械、机械制造等领域获得了广泛的应用。本文针对目前广泛使用的阀控电液伺服系统存在节流溢流损失、对油液污染较敏感、结构复杂、效率低等问题,采用伺服... 详细信息

电液伺服驱动技术以其控制精度高、响应速度快和输出功率大等优点在航空、工程机械、机械制造等领域获得了广泛的应用。本文针对目前广泛使用的阀控电液伺服系统存在节流溢流损失、对油液污染较敏感、结构复杂、效率低等问题,采用伺服电机直接驱动双向定量泵的方式建立了一种新型电液伺服驱动系统,运用现代控制理论与智能优化算法对控制系统参数优化以及系统动态响应特性进行了系统的理论和实验研究。分析和总结了直驱泵控电液位置及压力伺服系统的结构组成及工作原理,应用模块化思想将系统划分为多个独立模块的串联,分别对各模块的非线性环节进行了线性假设及简化处理,采用解析建模方法建立了各模块运动微分方程数学模型,完成了对位置及压力伺服系统传递函数的构建,借助Matlab软件依据系统频域特性曲线对系统的稳定性进行了相关分析,结果表明,压力伺服系统和位置伺服系统的开环传递函数Bode图均具有较大的相位裕度和幅值裕度,系统在一定增益范围内闭环稳定。系统阐述了 PID控制理论及其存在的参数难以整定的问题,引入智能优化算法对PID参数进行离线优化,建立了基于遗传算法与细菌觅食算法控制系统参数优化仿真模型,在Matlab平台上对位置伺服系统的PID控制器参数优化进行了仿真研究,结果表明,智能优化算法可以快速、准确地在给定范围内搜索到系统响应性能较优的PID参数。为了削弱系统固有的不确定的时滞性、时变性、非线性等因素对系统响应快速性的影响,在传统PID控制的基础上引入前馈量设计了前馈PID控制器,采用智能优化算法对PID参数及前馈量进行了离线优化,并采用基于智能优化算法的前馈PID控制对直驱泵控电液位置伺服系统的阶跃响应和余弦跟踪特性进行了仿真研究,结果表明,基于智能优化算法的前馈PID控制可以有效提高系统动态响应精度,具有控制精度高、响应速度快、稳态误差小等优点。本文在CQYZ-D电液伺服控制台的基础上完成了系统实验平台的搭建,在LabVIEW平台上完成了直驱泵控电液伺服控制系统软件开发。进行了前馈PID控制器参数对系统性能影响正交实验,采用径向基代理模型建立了控制器参数与性能指标之间映射关系,通过智能优化算法对PID参数及前馈量进行了离线优化,对比研究了优化前后位置及压力伺服系统的阶跃响应及方波响应特性。结果表明,基于智能优化算法的前馈PID控制可以有效提高直驱泵控电液伺服系统的控制精度,具有较小的调整时间和稳态误差。

关键词：直驱泵控系统电液伺服控制遗传算法细菌觅食算法前馈PID控制

基于单神经元模糊自适应PID直驱泵控电液伺服控制技术研究

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基于单神经元模糊自适应PID直驱泵控电液伺服控制技术研究

作者：石姣姣西安理工大学

学位级别：硕士

液压传动技术以其高刚度、高响应速度和高功率质量比的特性在各个领域中获得了广泛的应用,但是,传统的阀控系统存在效率低、结构复杂、节流损失大、发热严重等弊端,很难满足现阶段的工业需求,为了解决这一问题采用了直驱泵控电液伺服系... 详细信息

液压传动技术以其高刚度、高响应速度和高功率质量比的特性在各个领域中获得了广泛的应用,但是,传统的阀控系统存在效率低、结构复杂、节流损失大、发热严重等弊端,很难满足现阶段的工业需求,为了解决这一问题采用了直驱泵控电液伺服系统,它具有体积小、出力大、能效高和利环保的特点,是目前电液控制系统领域新的发展方向。本文针对非对称缸回路中流量不平衡与低压腔存在的负压问题提出了解决方案,描述了直驱泵控系统的组成和工作原理,并完成了实验平台的搭建。采用模块化建模的方法分析了各模块的性能特点,并对其中非线性环节进行适当的假设和简化,运用解析法建立了各子模块和直驱泵控伺服系统的数学模型,借助于MATLAB/Simulink仿真平台,对直驱泵控伺服系统的动态性能进行了分析。在传统PID控制器的基础上,本文重点设计了模糊自适应PID控制器和单神经元模糊自适应PID控制器,并借助MATLAB软件对直驱泵控伺服系统在不同控制算法下的动态性能进行仿真研究,表明:与传统PID控制器相比,模糊自适应PID控制器和单神经元模糊自适应PID控制器具有响应速度快、稳态误差小、控制精度高、调节时间短的特点。基于CQYZ-D电液伺服控制实验台,采用LabVIEW和WPLSoft软件完成了对不同控制算法、数据采集和串口通讯程序的开发,最终在直驱泵控系统实验平台上采用不同的控制算法对系统位移和压力进行实验研究。对直驱泵控伺服系统位移的跟踪实验表明:单神经元模糊自适应PID的控制效果在响应速度和稳态误差上都得到了提高,存在的不足是系统响应初期曲线不平稳。对直驱泵控压力伺服系统的阶跃响应的实验结果表明:与PID控制策略相比,模糊自适应PID控制算法和单神经元模糊自适应PID控制策略能有效消除系统响应初期的抖振、削弱死区时滞等非线性因素对系统的影响,实验结果基本跟仿真结果一致;单神经元模糊自适应PID控制在响应速度上得到了明显的提高,但稳定误差较大,通过对系统的位置与压力实验截图对比发现,单神经元模糊自适应PID控制算法在位置的跟踪控制特性上优于压力控制。

关键词：直驱泵控系统压力伺服控制 PID控制单神经元模糊自适应PID控制

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直驱式巷道超前支架油缸控制方法

传感器与微系统 2017年第2期36卷 42-45页

作者：谢苗蒋家宁辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000

考虑到传统的阀控液压系统存在伺服阀容易因受到油液污染而无法正常工作、阀控液压系统效率低、节流损失大、造成能源浪费等问题,研究一种基于伺服电机直驱液压泵的超前支架电液控制方法。伺服电机直驱液压泵系统由于电机的启动和转向... 详细信息

考虑到传统的阀控液压系统存在伺服阀容易因受到油液污染而无法正常工作、阀控液压系统效率低、节流损失大、造成能源浪费等问题,研究一种基于伺服电机直驱液压泵的超前支架电液控制方法。伺服电机直驱液压泵系统由于电机的启动和转向过程中存在滞后性,因此使用常规PID算法的控制效果较差,使用模糊PID算法对伺服电机直驱液压泵系统进行控制。使用Matlab/Simulink仿真软件建立本文研究的直驱泵控巷道超前支架控制系统的仿真模型,并建立超前支架的实验样机,使用常规PID与模糊PID算法进行对比研究,研究结果表明:模糊PID算法作用下,伺服电机直驱液压泵的超前支架液压缸位置变化的超调量更低,调整速度更快,能够快速跟踪给定信号曲线,具有较好的鲁棒性。

关键词：超前支架液压系统直驱泵控系统模糊控制