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2D电液比例换向阀及其数字控制器的研究

严恺  
【摘要】:电液比例阀不仅能实现复杂的控制功能,而且具有抗污染能力较强、成本较低、响应较快等优点,广泛应用于机械、冶金、造船、纺织等领域的电液控制系统中。而比例控制放大器是电液比例控制系统的核心,其性能与可靠性对整个控制系统的性能与稳定性有着很大的影响。 本文提出了一种新型的2D电液比例换向阀——预拉-预扭型简化全桥式2D电液比例换向阀的结构,并分析了其工作原理,研究了其导控级的阶跃响应特性。该阀采用简化全桥式导控桥路,大大简化了整体结构。此外,本文还提出并研制了一种基于单片机STC12C5A60S2的数字式比例控制放大器,采用反接卸荷式的功率放大输出电路,并运用控制程序实现原先由硬件电路实现的部分功能,增加了系统的灵活性,提高了比例控制放大器的稳态和动态性能。 本论文共分为六章,具体研究内容如下: 第一章,介绍了电液比例阀、比例控制放大器的发展历程和国内外研究现状,阐述了本论文的研究意义及主要研究内容。 第二章,分析了预拉-预扭型简化全桥式2D电液比例换向阀的结构和工作原理,并具体剖析该阀所使用的电—机械转换器——比例电磁铁的结构和工作原理。 第三章,建立了预拉-预扭型简化全桥式2D电液比例换向阀导控级的动态数学模型,并利用Matlab仿真软件进行了仿真,研究了该阀导控级的阶跃响应特性;此外,还对阀的电—机械转换器进行了数学建模,对其工作原理进行了更深入的讨论。 第四章,简要介绍了基于STC12C5A60S2的比例控制放大器的系统总体方案;详细阐述了数字式比例控制放大器各个硬件模块的研究开发,完成了包括主控制模块、输入接口模块、功率放大级模块等硬件模块的开发;具体介绍了下位机控制程序主程序及各功能子程序的实现,包括颤振信号产生、电流PID控制、按键输入和液晶显示等子程序的实现。 第五章,搭建了实验平台,对数字式比例控制放大器的输入输出特性及其滞环颤振补偿环节的性能进行了实验研究。实验的结果表明:1、数字式比例控制放大器的输入输出特性较好,基本能够实现对2D电液比例换向阀的控制:2、若选用合适频率与幅值的颤振信号进行滞环颤振补偿,可在很大程度上降低2D电液比例换向阀的流量滞环,改善2D电液比例换向阀的静态特性。 第六章,对本论文的主要研究工作和取得的阶段性成果进行了总结,并对今后研究工作的进一步发展提出建议。


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