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液压二次调节惯性负载系统控制及节能特性研究

何龙  
【摘要】: 随着世界经济的发展,能源消耗量的不断增大,能源危机日益加剧,液压系统不仅要满足控制性能的要求,而且还要充分考虑能源的有效利用。二次调节传动技术不但具有系统效率高、可控性好的优点,而且可以实现对负载制动动能和重力势能的回收和再利用,达到节能的目的。因此研究二次调节系统的控制特性,并将二次调节技术应用于加载实验系统或者负载质量大且频繁启停的惯性负载系统中,具有重要的工程实际意义。 本文针对液压二次调节惯性负载系统,采用机理建模的方法分别对二次调节惯性负载系统的斜盘变量油缸系统、二次元件和能量回收环节建立了数学模型,并在实验室建立了二次调节综合实验系统,通过仿真和实验验证对二次调节惯性负载系统转速控制、加载特性以及节能效果进行研究。 转速控制是二次调节系统最基本的控制方式,也是应用最广泛的控制形式之一,其它的控制方式都是在其基础上发展起来的。本文主要分析二次调节转速系统的控制特性,利用机理模型建立了系统仿真模型,通过实验验证了数学模型及仿真的正确性。本文研究了顺馈复合补偿控制以及模糊PID控制策略对二次调节转速控制系统的控制效果,并与传统PID控制进行了对比分析。为了对系统进行优化设计,分析了转动惯量、外负载大小、阻尼系数、系统压力等参数对二次调节转速控制系统的影响规律。 耦合特性是二次调节惯性负载加载实验系统的重要特性,系统的耦合会影响到系统的正常运行,通过一定的解耦算法,得到解耦算子,并应用到二次调节加载实验系统中,在时域和频域里分析了解耦控制效果,并验证了二次调节加载实验系统的节能效果。通过车桥加载实验系统实验研究模拟二次调节多负载系统在恒压网络中运行情况,采用CAN总线技术实现各执行器之间的数据通信,并加入解耦环节改善转速控制系统与转矩控制系统之间的耦合影响,研究二次调节多负载系统的控制特性及节能效果。 针对二次调节惯性负载系统,通过对负载转动惯量、制动速度斜率、设定转速、系统压力和蓄能器初始状态等影响因素的仿真和实验分析,得到各因素对系统的控制性能和能量回收效率的影响。本文还对周期性运动惯性负载系统进行了实验研究,通过分析不同运动频率以及蓄能器的影响,对其节能效果进行了研究。 通过对二次调节惯性负载系统控制特性及节能效果的仿真和实验研究,积累了大量的理论和实验数据,并通过实验结果验证理论分析和仿真分析的正确性,为二次调节技术在实际工程中的应用提供了理论与技术基础。


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