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《吉林大学》 2004年
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压电型电液伺服阀及其控制方法研究

周淼磊  
【摘要】:在国家高技术研究发展计划(863计划)项目“高速精密压电驱动式伺服阀的开发研究”(课题编号2001AA423270)支持下,本文研制了一类新型的压电型电液伺服阀,对其特性进行了分析,并针对压电型电液伺服阀的非线性问题进行了控制方法研究。 液压伺服控制是一门较新的科学技术。其中,电液伺服系统以其响应速度快、输出功率大、控制精度高而广泛应用于众多工业生产过程,军事,航空航天等领域中。但传统电液伺服阀的电气-机械转换器所采用的力矩马达或电磁马达是基于电磁原理构成的,结构复杂、成本高。受电磁转换、工艺等因素制约,其性能难于进一步提高。 本文设计了新型换能器件—压电双晶片执行器作为喷嘴挡板式电液伺服阀的电气-机械转换器,对其进行了静、动态特性的分析。实验结果表明,压电双晶片执行器输入电压与输出位移之间的线性关系及重复性较好,能够输出足够大的位移并具有较好的动态特性,满足做喷嘴挡板伺服阀前置级液压放大器的条件。针对压电叠堆执行器进行了静、动态特性分析。静态特性实验结果表明,该执行器具有较大的迟滞非线性及蠕变非线性。动态特性实验结果表明,该执行器具有较好的动态特性,适用于做直动阀的前置级放大器。 本文利用压电双晶片执行器和压电叠堆型执行器研制了喷嘴挡板式二级压电晶片型电液伺服阀、直动式二级压电叠堆型电液伺服阀及直动式一级压电型电液伺服阀等三种新型压电型电液伺服阀。设计了实验系统,对三种新型压电型电液伺服阀进行了开环动态和静态特性研究。实验结果表明,喷嘴挡 WP=141 板式二级压电晶片型电液伺服阀、直动式二级压电叠堆型电液伺服阀具有继电饱和特性;直动式一级压电型电液伺服阀具有较大的迟滞非线性。非线性的存在大大降低了控制系统的精度和稳定性,严重影响被控系统的控制品质。因此需要进行有效的控制方法研究以提高被控对象的静态和动态特性。 本文首先对喷嘴挡板式二级压电晶片型电液伺服阀、直动式二级压电叠堆型电液伺服阀进行了控制方法研究。 由实验可知,喷嘴挡板式二级压电晶片型电液伺服阀和直动式二级压电叠堆型电液伺服阀存在继电饱和特性,开环控制难以达到给定位移值,只能采用反馈控制方法。由于系统执行机构线性范围的限制,当系统偏差值较大时,采用常规PID控制算法,在积分项作用下,系统将会产生很大的超调量,影响系统的稳定性。不仅如此,系统还存在其它复杂非线性,即将在某一工作区间内具有良好控制效果的参数应用于另一工作区间时,系统控制特性会变差,甚至会产生振荡;且控制参数同二级滑阀阀芯的运动方向也有关,即正向运动时具有良好控制特性的参数,反向应用时控制特性并不理想。因此,针对二级电液伺服阀既存在与位置有关的非线性、又存在与运动方向有关的非线性这一特点,本文提出了双向分段变速积分PID算法,即根据二级滑阀阀芯的运动方向和运动位置,将其运动行程分为2×N个区间,在每一区间内分别对变速积分PID参数进行整定。实验结果证明了控制方法的有效性。 其次,本文对直动式一级压电型电液伺服阀系统进行了控制方法研究。 由实验可知,直动式一级压电型电液伺服阀系统存在非局部记忆型迟滞非线性,开环输出响应难以预测,因此其开环控制精度难以得到保证。此外,直动式一级压电型电液伺服阀控制系统还具有速率相关迟滞非线性,即:当激励电压信号频率不同时,其迟滞环不同。对于此类复杂对象,本文在修正Preisach模型的权重函数中引入一个输入变化率函数,建立了其动态Preisach模型,并推导出数字实现公式。建立在动态Preisach模型基础上的前馈控制能有效地克服压电执行器迟滞特性的影响,改善系统控制精度,但由于未建模信息及外部干扰的存在,其定位精度不是很高。因此,在高精度要求场合,必须采用闭环反馈控制。 WP=142 PID控制策略具有较好的鲁棒性和无需精确建模的特点,在精密定位控制系统中被广泛采用。本文首先对直动式一级压电型电液伺服阀系统进行了PID控制方法研究。由于被控对象迟滞非线性的存在,带有固定参数的传统PID控制算法不能取得很好的控制效果。 根据古典控制理论,合适的前馈控制环节可以提高系统的控制响应能力,但不影响系统的最终控制精度。为了实现既快速又高精度的定位,本文提出了一种带有迟滞模型前馈控制环节的PID反馈控制策略。在前馈控制环节中,采用了前述非线性迟滞动态Preisach线性化模型。论文对该方法同开环控制方法、基于前馈线性化模型控制方法和PID反馈控制方法进行了跟踪实验对比研究,实验结果表明该方法具有更好的控制精度。 为进一步提高直动式一级压电型电液伺服阀控制系统的动态特性,本文又对其进行了模糊控制方法研究。常规模糊控制器因不需要建立对象的数学模型,具有良好的鲁棒性及非线性控制特性而得到较为广泛的应用。但常规模糊逻辑控制器相当于一种具有PD控制律的非线性控制器,因缺少积分作用,系统输出易存在稳态误差。因此,本文针对直动式一级压电型电液伺服阀系统提出了模糊自整定PID控制方法。该控制方法能够很好地消除极限环振荡,取得较高控制精度,但选取和协调模糊控制与PID控制参数比较
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TH137.5

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【引证文献】
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1 沈传亮;压电型直动式电液伺服阀的基本理论与实验研究[D];吉林大学;2006年
2 孙国春;汽车动力总成振动主动控制关键技术研究[D];吉林大学;2007年
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1 方振刚;添加磁流体的力矩马达静态特性研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 高军霞;可编程压电式电气比例阀的研究[D];浙江大学;2006年
【参考文献】
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1 甘明,廖常初,侯世英;一种改进的带修正函数的模糊控制算法[J];重庆大学学报(自然科学版);1998年03期
2 曹恒,孙宝元,段军,潘大德,李天福;柴油机模糊自校正PID控制器[J];大连理工大学学报;2000年04期
3 李军华,安连祥,贾俊林;带有自调整因子模糊控制器的设计[J];河北工业大学学报;2002年02期
4 陆豪,朱成林,曾思,黄玉平,周敏,何友文;新型PZT元件驱动的电液高速开关阀及其大功率快速驱动技术的研究[J];机械工程学报;2002年08期
5 沈传亮,程光明,杨志刚,鄂世举,周淼磊;新型直动式压电伺服阀[J];机械工程学报;2004年09期
6 章卫国,薛璞,段富海;一种高精度模糊控制系统的设计方法[J];测控技术;1997年02期
7 朱红秀,赵四海,王正良;多层压电晶体型电—机械转换器动态特性研究[J];机床与液压;1997年05期
8 赵四海,朱红秀,王正良;粘接式压电晶体电──机械转换器[J];机床与液压;1997年04期
9 梁明,王国荣,廖宵,钟继光;规则自调整模糊控制器在焊缝跟踪中的应用[J];华南理工大学学报(自然科学版);2003年02期
10 曲东升,孙立宁,丁庆勇;压电陶瓷驱动器的建模分析与自适应逆控制[J];机器人;2001年S1期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 吴玉魁;喷嘴挡板式压电伺服阀的实验研究[D];吉林大学;2004年
【共引文献】
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1 林德教,吴健,殷纯永;具有纳米级分辨率的超精密定位工作台[J];光学技术;2001年06期
2 陈跃东,郎朗;用FUZZY-PID控制器实现控制参数的自整定[J];安徽工程科技学院学报;2002年03期
3 武昌俊;PID模糊控制器的改进[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2004年01期
4 江善和,申东日;一种基于模糊神经网络的自适应PID智能控制器[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2004年02期
5 李英顺,伦淑娴,皮红梅;基于模糊神经网络的PID温度控制系统[J];鞍山钢铁学院学报;2002年06期
6 徐少川,陈雪波,李小华;互联电力系统AGC的模糊和遗传控制算法[J];鞍山科技大学学报;2004年03期
7 荣伟彬,曲东升,孙立宁;基于压电陶瓷驱动的微操作手研究现状[J];微纳电子技术;2003年Z1期
8 林伟;叶虎年;冯海;叶梅;;压电陶瓷致动器驱动电源的研究[J];微纳电子技术;2006年03期
9 冯晓君,刘凤然,郭磊,吴龑,卢灵;智能控制理论在倒立摆控制系统中的应用[J];北方工业大学学报;2003年03期
10 王红岩,秦大同;无级变速汽车综合控制策略的仿真研究[J];车辆与动力技术;2000年02期
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1 李洁;葛文奇;;轿车全自动HVAC控制器及其控制策略的研究[A];中国汽车工程学会汽车电子技术分会第七届(2006)年会暨学术研讨会论文集[C];2006年
2 王岩;陶薇;;污水处理曝气系统中节能检控技术的应用[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
3 张慧;朱轶峰;邵亦陈;董春林;;模糊控制技术在等离子焊接质量控制中的应用[A];第九次全国焊接会议论文集(第1册)[C];1999年
4 曾劲松;姚志远;赵淳生;;超声波电动机定子振动的非线性分析[A];第十届中国小电机技术研讨会论文集[C];2005年
5 杨霞;高燕;李新叶;;模糊PID控制算法在磁悬浮进给机构系统中的应用[A];第十二届中国小电机技术研讨会论文集[C];2007年
6 胡林静;任小艺;;直升机实验模型的仿真研究[A];全国第二届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2007年
7 郑书河;何聪惠;;盘式电机定转子铁心自动成形在线补偿控制系统中串口通信的实现[A];福建省科协第四届学术年会提升福建制造业竞争力的战略思考专题学术年会论文集[C];2004年
8 刘智;高诚辉;王伟;;神经网络在CVC六辊轧机板形控制中的应用[A];福建省科协第四届学术年会提升福建制造业竞争力的战略思考专题学术年会论文集[C];2004年
9 毛艳;唐朔;;热保护器检测炉模糊-PI双模控制研究[A];先进制造技术论坛暨第二届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2003年
10 陈美查;杨煜普;;园区供水水井电泵恒压模糊控制系统[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年
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1 张化岚;薄膜电子式电—气转换器的建模与结构优化[D];大连理工大学;2006年
2 常颖;超声波轴承悬浮与减摩作用机理及基础实验研究[D];吉林大学;2005年
3 刘世清;径向及径—扭复合振动模式夹心式压电超声换能器研究[D];陕西师范大学;2005年
4 李东明;压电式及薄膜式电—气转换器技术与应用研究[D];大连理工大学;2003年
5 丁问司;新型压力反馈氮爆式机电一体化液压碎石冲击器系统研究[D];中南大学;2000年
6 彭艳;基于条元法的HC冷轧机板形预设定控制理论研究及工业应用[D];燕山大学;2000年
7 杨景明;IGC650HCW冷带轧机控制系统关键技术研究[D];燕山大学;2000年
8 程东年;ATM网络服务质量的动态控制及管理的研究[D];西安电子科技大学;2000年
9 宗凯;组合式统计信号检测技术研究[D];西北工业大学;2000年
10 曹恒;基于模糊逻辑的内燃机车大功率柴油机智能控制系统的研究[D];大连理工大学;2000年
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1 李波;动态因果图用于汽油发动机故障智能诊断的理论及方法研究[D];重庆大学;2002年
2 柳勋;光纤插针端面形貌检测干涉仪软件设计[D];浙江大学;2006年
3 雍安姣;基于先进超声波电机的精密定位技术[D];天津大学;2005年
4 王伟;3-RRR并联微动工作台研制及其误差分析[D];合肥工业大学;2007年
5 张武军;基于音圈电机驱动的快速定位系统设计及关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
6 刘辉琴;柴油机喷油泵电控系统的研究[D];武汉理工大学;2007年
7 周志平;基于Terfenol材料的大位移微驱动器研究与开发[D];扬州大学;2007年
8 孙国强;压电式气动比例阀及气缸精密驱动研究[D];吉林大学;2005年
9 余学贵;压电型步进式旋转精密驱动器试验研究[D];吉林大学;2005年
10 王琴;超声振动在对轴支承中的悬浮与减摩作用研究[D];吉林大学;2005年
【同被引文献】
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1 闫迎利;压电效应及其应用[J];安阳师范学院学报;2001年02期
2 贾建援,黄新波,康春霞;微泵的结构与流体分析[J];微纳电子技术;2004年05期
3 候远龙;神经网络智能控制电液伺服系统研究[J];兵工自动化;1998年04期
4 章百宝,王伟;基于AduC812的CAN总线接口设计[J];兵工自动化;2004年01期
5 张景霞,胡学寅;新型磁性液体材料的研究与探讨[J];北京航空航天大学学报;1994年01期
6 缪赟 ,龚雅萍 ,刘侍刚 ,邱阳;柴油机双层隔振的自适应模糊控制方法及模拟试验的研究[J];船舶工程;2001年06期
7 王海宁;崔大付;耿照新;陈兴;;一种基于MEMS技术的压电微泵的研究[J];传感器与微系统;2006年08期
8 张健成,陈建文,王爱玲,刘春荣,曹鑫铭,周士昌;磁流体的粘磁特性及其应用[J];东北大学学报(自然科学版);1994年05期
9 王永昌,潘先耀;气动伺服控制系统及阀的应用形式[J];燕山大学学报;2002年03期
10 张继强,陈德桂;二维/三维场域有限元分析的可视化前后处理方法[J];电机与控制学报;1999年02期
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1 崔玉国;压电陶瓷自感知执行器及其驱动微动工作台控制方法的研究[D];大连理工大学;2003年
2 曹淑瑛;超磁致伸缩致动器的磁滞非线性动态模型与控制技术[D];河北工业大学;2004年
3 王传礼;基于GMM转换器喷嘴挡板伺服阀的研究[D];浙江大学;2005年
4 沈传亮;压电型直动式电液伺服阀的基本理论与实验研究[D];吉林大学;2006年
5 唐志峰;超磁致伸缩执行器的基础理论与实验研究[D];浙江大学;2005年
6 李其朋;直动式电液伺服阀关键技术的研究[D];浙江大学;2005年
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1 翁玲;磁致伸缩致动器控制系统的研制[D];河北工业大学;2003年
2 王旭平;动圈式水磁直线振动电机的研究[D];太原理工大学;2003年
3 金国庆;新型压电式高速开关阀的研究[D];江苏大学;2003年
4 游军;HART协议智能执行机构研究[D];重庆大学;2003年
5 王征;现场总线通信技术的研究与实现[D];大庆石油学院;2004年
6 刘坤;电液伺服系统的智能控制研究[D];燕山大学;2003年
7 李国文;基于WorldFIP现场总线协议的智能电—气阀门定位器的开发[D];华北电力大学(北京);2004年
8 孙延春;基于模糊神经网络控制的智能阀门定位器的研制[D];曲阜师范大学;2004年
9 武文良;薄膜电子式及压电智能式电气转换器控制系统的研制[D];大连理工大学;2003年
10 李伟;薄膜电子式电—气转换器转换模块与控制系统研究[D];大连理工大学;2004年
【二级引证文献】
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1 刘国君;迭片式系列微型压电泵的设计理论及实验研究[D];吉林大学;2006年
2 曾平;摩擦力变化式压电惯性驱动机构的研究[D];吉林大学;2006年
【二级参考文献】
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1 闫迎利;压电效应及其应用[J];安阳师范学院学报;2001年02期
2 李其朋,丁凡;电液伺服阀技术研究现状及发展趋势[J];工程机械;2003年06期
3 叶会英,浦昭邦;压电双晶片的能量传输特性分析[J];光学精密工程;2000年04期
4 程凯;袁哲俊;;微机控制压电陶瓷微位移器驱动电源的设计与研究[J];哈尔滨工业大学学报;1989年05期
5 陆豪,朱成林,曾思,黄玉平,周敏,何友文;新型PZT元件驱动的电液高速开关阀及其大功率快速驱动技术的研究[J];机械工程学报;2002年08期
6 王传礼,丁凡;基于新型功能材料的高频响电液伺服阀[J];矿冶工程;2002年04期
7 吴介一;提高模糊控制器精度的研究[J];控制理论与应用;1996年02期
8 董秀林,周福章,史维祥;流体控制技术的发展和展望[J];洛阳工学院学报;1997年03期
9 李平,王慧,钱积新,孙优贤;模糊控制中的积分作用[J];模糊系统与数学;1993年01期
10 向春梅,张家琛,马芳梅,何映霞,乐景;电液伺服阀动态特性的研究[J];热力发电;1996年06期
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1 ;压力流量控制(PQ)伺服阀[J];科技与情报;1973年03期
2 何维贵;郝丽英;;伺服阀故障全自动切换系统的研究[J];机电设备;1992年02期
3 刘建新;高级液压油可以解决伺服阀的粘滞问题[J];机床与液压;1994年04期
4 李文宏,裘丽华,王占林;基于VEE环境的电液伺服阀自动测试系统[J];振动、测试与诊断;2004年03期
5 张俊亮;王利华;付莹莹;李丽云;;用PLC实现20t电弧炉自动控制[J];中国设备工程;2006年04期
6 李文奇;;VOLVO S80方向沉重[J];汽车维修与保养;2008年12期
7 孙春耕;周永明;袁锐波;吴张永;;轧机液压压下AGC系统伺服阀的选择[J];机床与液压;2011年14期
8 石万生;TFD仿形刀架结构特点及其应用[J];制造技术与机床;1989年05期
9 赵铁钧;王毅;;旋压机伺服阀阀套加工工艺与阀的性能和可靠性的关系[J];长春理工大学学报;1993年02期
10 孙瑞利,周建桃;电液伺服阀的原理及其故障的排除[J];航海技术;1999年06期
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1 花克勤;;电液伺服阀的动态参数寻优[A];第三届全国流体传动及控制工程学术会议论文集(第二卷)[C];2004年
2 赵强;王英军;周艳丽;;液压伺服系统的综合污染控制及其工业实践[A];第四届中国金属学会青年学术年会论文集[C];2008年
3 王杨;刘海;;硅钢退火涂层机组液压伺服系统的改进[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集(下)[C];2009年
4 陈志虎;周化兵;;3600m~3高炉TRT装置自动控制系统的研究与应用[A];全国冶金自动化信息网2011年年会论文集[C];2011年
5 刘勋;胡俊;胡高举;;液压弯辊电液伺服系统研制[A];中国金属学会2003中国钢铁年会论文集(4)[C];2003年
6 花克勤;;电液伺服阀的动态参数寻优[A];机床与液压学术研讨会论文集[C];2004年
7 李国军;任丁香;杨军毅;;AGC液压系统改造[A];2006年河北省轧钢技术与学术年会论文集(上册)[C];2006年
8 李胜;阮健;裴翔;俞浙青;朱发明;;先导零遮盖型2D伺服阀的研究[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
9 王敬东;魏立军;;华泰PM10纸机软压光液压系统分析[A];2004年中国造纸学会新闻纸专业委员会学术年会论文及报告汇编[C];2004年
10 冀宏;魏列江;方群;强彦;金瑶兰;;射流管伺服阀射流管放大器的流场解析[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年
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1 何友文 袁振;18所伺服阀课题通过国家验收[N];中国航天报;2010年
2 索萱;七○四所打破伺服阀高端市场垄断[N];中国船舶报;2010年
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5 记者 许琦敏;国产伺服阀进军高端市场[N];文汇报;2009年
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7 记者 孙善仕 通讯员 王敏;南钢全面冲刺宽中厚板(卷)工程[N];中国冶金报;2004年
8 张志英;2010年液气密产品需求额将达350亿元[N];中国工业报;2004年
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10 李建忠;武钢热轧厂自主创新成果显著[N];中国冶金报;2007年
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1 周淼磊;压电型电液伺服阀及其控制方法研究[D];吉林大学;2004年
2 潘旭东;伺服阀滑阀叠合量液动测量系统及其关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
3 单东升;板带轧机液压AGC系统主要参数的分析和实验研究[D];燕山大学;2006年
4 阚超;电液伺服与比例压力控制系统辨识与特性比较研究[D];燕山大学;2007年
5 刘晓东;电液伺服系统多余力补偿及数字控制策略研究[D];北京交通大学;2008年
6 刘建;气动板形仪测控系统实验研究及板形理论建模仿真[D];燕山大学;2008年
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8 傅林坚;大流量高响应电液比例阀的设计及关键技术研究[D];浙江大学;2010年
9 曾良才;板带轧机液压AGC综合测试系统及故障诊断研究[D];武汉理工大学;2005年
10 侯恕萍;水下运载器主动对接装置控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
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1 李福强;汽车高速轮胎试验机侧偏侧倾运动液压伺服系统研究[D];沈阳工业大学;2006年
2 王红丽;采用磁流体的喷嘴挡板伺服阀动态特性研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
3 田峰;基于自动式模糊控制的高压气体配重系统研究[D];吉林大学;2009年
4 李天阳;汽车高速轮胎试验机液压伺服加载系统研究[D];沈阳工业大学;2005年
5 唐长平;数控弯管机的研究与开发[D];合肥工业大学;2005年
6 翟雪荣;伺服阀用GMM电—机转换器的理论基础研究[D];安徽理工大学;2009年
7 靳莲;电液伺服阀优化设计[D];西北工业大学;2007年
8 孙磊;轨道车辆转向架刚度试验台液压伺服加载系统研究[D];吉林大学;2007年
9 苑清英;轮胎试验机加载侧偏侧倾协调控制系统研究[D];沈阳工业大学;2009年
10 吴琼进;2800轧机液压AGC系统在线监测与故障诊断[D];武汉科技大学;2004年
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