大慣性負(fù)載雙向電液比例張力控制系統(tǒng)研究.pdf

1、具有大慣性負(fù)載的電液比例張力系統(tǒng)目前己在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，例如用于海底電纜敷設(shè)的海洋絞車、張力架線機(jī)、卷染機(jī)等等。由于大慣性負(fù)載的作用，張力系統(tǒng)在啟動(dòng)、加減速的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，張力會(huì)有大幅的振蕩與波動(dòng)，相對(duì)穩(wěn)定性很差，極易損壞纜繩及引發(fā)安全事故。因此，如何提高大慣性負(fù)載張力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能及抗干擾性能，保證張力控制的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性，就成為一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。而關(guān)于這方面的研究并沒有得到足夠的重視。 針對(duì)以上問(wèn)題，論文以具

2、有大慣性負(fù)載的負(fù)載模擬用張力絞車試驗(yàn)系統(tǒng)為研究對(duì)象，在參閱和分析國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)和各類張力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新型的基于比例溢流閥調(diào)壓回路并帶有可調(diào)節(jié)流控制單元的電液張力復(fù)合控制回路。采用理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)所設(shè)計(jì)的大慣性負(fù)載張力系統(tǒng)的變張力控制及抗干擾特性等，進(jìn)行了較為系統(tǒng)、深入的分析研究。不僅具有學(xué)術(shù)價(jià)值，而且成功地得到了實(shí)際應(yīng)用，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。為進(jìn)一步研究應(yīng)用大慣性負(fù)載電液比例張力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與控制，提供了

3、一定的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 有關(guān)各章內(nèi)容分述如下： 第一章首先闡述了張力的形成、基本控制原理及張力控制的必要性，并對(duì)當(dāng)前常用的張力控制系統(tǒng)進(jìn)行了分類介紹。之后，綜述了電液張力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究的主要熱點(diǎn)問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，提出了論文的選題意義和主要研究?jī)?nèi)容。 第二章首先提出了一種新型的基于比例溢流閥調(diào)壓回路并帶有可調(diào)節(jié)流控制單元的張力復(fù)合控制回路，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模與理論分析。指出該系統(tǒng)不僅能有效的進(jìn)行雙向張力控制

4、，而且可以充分利用節(jié)流元件的壓力一流量增益來(lái)增大系統(tǒng)的阻尼比，進(jìn)而可以提高大慣性負(fù)載張力控制的相對(duì)穩(wěn)定性。同時(shí)針對(duì)被控材料為圓柱狀纜繩這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了自動(dòng)排纜機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了纜繩整齊緊密地排列。在章節(jié)最后，介紹了具有大慣性負(fù)載的負(fù)載模擬用張力絞車試驗(yàn)系統(tǒng)。 第三章首先對(duì)壓力--量增益的選值空間及其實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)則進(jìn)行了理論分析。通過(guò)對(duì)校正環(huán)節(jié)為PD控制器的閉環(huán)張力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的理論研究，指出壓力一流量增益有助于解決提高張力響應(yīng)速度與增大系統(tǒng)

5、阻尼比兩者之間的矛盾。在此基礎(chǔ)上，為了保證大慣性負(fù)載變張力控制的快速性、穩(wěn)定性以及準(zhǔn)確性，利用張力自反饋這一固有特性，設(shè)計(jì)了具有動(dòng)態(tài)邊界的分段變系數(shù)PID張力控制算法并通過(guò)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在章節(jié)最后，對(duì)定壓調(diào)速方案在變張力控制時(shí)的控制特性進(jìn)行了理論探討。第四章引入了一種系統(tǒng)高精度控制策略一自適應(yīng)魯棒控制方法。通過(guò)對(duì)該理論的分析與研究，同時(shí)根據(jù)打卷、退卷工況的不同，設(shè)計(jì)了直接自適應(yīng)魯棒電液張力控制方法，并與具有動(dòng)態(tài)邊界的分段變系數(shù)PID張力控

6、制算法一起進(jìn)行了恒張力精度控制實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)理論分析與試驗(yàn)證明，所設(shè)計(jì)的直接自適應(yīng)魯棒電液張力控制方法對(duì)液壓系統(tǒng)的不確定性參數(shù)及卷繞機(jī)構(gòu)參數(shù)時(shí)變具有很好的解決能力，控制精度高，為今后張力系統(tǒng)的高精度控制提供了一種切實(shí)有效的方法。 第五章主要針對(duì)打卷時(shí)喂入速度發(fā)生變化或者退卷時(shí)牽引速度發(fā)生改變這一干擾進(jìn)行了研究。在基于所設(shè)計(jì)的電液張力復(fù)合控制回路基礎(chǔ)上，提出了一種新型的轉(zhuǎn)矩控制器與壓力流量增益控制器協(xié)同工作的復(fù)合控制策略。通過(guò)實(shí)時(shí)改