超高壓液壓脈沖波形的產(chǎn)生與應(yīng)用.pdf

1、液壓系統(tǒng)由于其功率重量比大、響應(yīng)速度快、控制性能好、可實現(xiàn)過載保護等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于汽車、工程機械、農(nóng)業(yè)機械和國防等諸多領(lǐng)域。液壓系統(tǒng)在工作過程中，由于液壓閥的開閉或換向?qū)е掠鸵毫鲃拥姆较蜓杆俑淖兓蛲蝗煌Ｖ沽鲃?，在流動液體和運動部件的慣性下，油液瞬間被壓縮，系統(tǒng)壓力出現(xiàn)瞬間上升，產(chǎn)生液壓脈沖。通常情況下，這種瞬間上升的壓力峰值可達正常壓力的若干倍，從而給液壓系統(tǒng)帶來不利影響甚至災難性后果。因此，為了提高液壓系統(tǒng)的可靠性，需要對液壓元件進

2、行脈沖試驗，而脈沖試驗的關(guān)鍵是產(chǎn)生符合標準的液壓脈沖波形。液壓系統(tǒng)近年來朝著高壓大流量方向發(fā)展，也對液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng)提出了更高的要求。由于超高壓液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng)涉及超高壓、大流量的電液伺服控制，對于超高壓液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng)的研究不僅能應(yīng)用于液壓元件的脈沖試驗，也有助于推動相關(guān)領(lǐng)域理論、技術(shù)和裝備的發(fā)展。
　　論文以超高壓液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng)為研究對象，以降低系統(tǒng)能耗、提高系統(tǒng)響應(yīng)速度與精度為目標，采用理論分析、計算機仿真

3、、數(shù)學計算和試驗研究相結(jié)合的方法，對超高壓液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng)進行了系統(tǒng)、深入的研究。論文提出了基于二級閥控制腔壓差反饋的超高壓液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng)，并研制了試驗樣機，可以產(chǎn)生方波、水錘波、正弦波等多種液壓脈沖波形;采用蓄能器對將負載在回程階段釋放的高壓油液能量吸收、儲存起來，在下一個增壓沖程階段釋放，實現(xiàn)了超高壓液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng)節(jié)能，使得系統(tǒng)總能耗降低;提出了模糊重復控制策略，并應(yīng)用于超高壓液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng)，并與PID控制系統(tǒng)

4、進行了對比，試驗結(jié)果表明模糊重復控制器的采用明顯降低了系統(tǒng)跟隨誤差。
　　有關(guān)各章內(nèi)容分述如下:
　　第一章，從液壓脈沖的產(chǎn)生和廣泛存在出發(fā)，闡述了液壓脈沖試驗的重要性;總結(jié)了液壓脈沖試驗標準的發(fā)展和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，論述了標準液壓脈沖波形的產(chǎn)生方法;介紹了超高壓液壓技術(shù)、液壓系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)和液壓系統(tǒng)控制策略等相關(guān)技術(shù)進展。
　　第二章，提出了超高壓液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng)，建立了系統(tǒng)的數(shù)學模型和AMESim仿真模型;設(shè)計了采

5、用復合節(jié)流窗口的液控閥，以實現(xiàn)不同閥芯開口時的不同流量增益，可以滿足超高壓液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng)負載變化范圍較大的需求;通過調(diào)節(jié)液控閥控制腔的壓差反饋增益，可以改變系統(tǒng)阻尼比，進而實現(xiàn)對系統(tǒng)超調(diào)量的控制，提供了一種在方波輸入的情況下產(chǎn)生可控制的水錘波的方法，也為水錘波試驗提供了理論依據(jù)。
　　第三章，采用蓄能器對超高壓液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng)進行了節(jié)能設(shè)計，以回收系統(tǒng)在回程階段的能量;分析計算了系統(tǒng)的功率、能耗、效率等，并與不采用蓄能器

6、的液壓系統(tǒng)進行了對比;采用蓄能器進行節(jié)能設(shè)計后，系統(tǒng)總能耗降低15％，總效率從63％提高到76％;采用蓄能器的液壓系統(tǒng)，對于階躍輸入、方波輸入、水錘波輸入信號的響應(yīng)也明顯優(yōu)于不采用蓄能器的系統(tǒng)，尤其是響應(yīng)速度顯著提高;同時提供了一種直接跟隨輸入指令信號的脈沖波形產(chǎn)生方法，可以產(chǎn)生方波、水錘波等脈沖波形。
　　第四章，通過分析超高壓液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng)的數(shù)學模型，得出其開環(huán)增益隨著負載變化而變化的特點，因而采用傳統(tǒng)控制策略難以同時實

7、現(xiàn)穩(wěn)定性及精確性的要求;在分析重復控制策略優(yōu)劣的基礎(chǔ)上提出了模糊重復控制策略，并應(yīng)用于超高壓液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng);采用模糊重復控制策略后系統(tǒng)跟隨誤差隨著循環(huán)次數(shù)的增加逐步減小，證明了系統(tǒng)的精確性、收斂性及穩(wěn)定性。
　　第五章，將設(shè)計的節(jié)能型超高壓液壓脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)應(yīng)用于軟管脈沖試驗，并研制了試驗樣機;對基于液控閥壓差反饋的液壓系統(tǒng)的超調(diào)量進行了試驗研究，證明了可以通過調(diào)節(jié)壓差反饋增益實現(xiàn)不同的超調(diào)量，進而得到目標波形;對于采用蓄能器

8、的節(jié)能型超高壓液壓脈沖波形產(chǎn)生系統(tǒng)進行了試驗研究，證明蓄能器的采用明顯提高了系統(tǒng)的控制性能，同時提供了一種直接跟隨輸入指令信號的脈沖波形產(chǎn)生方法;對模糊重復控制策略與PID控制策略進行了對比試驗研究，試驗結(jié)果表明，在循環(huán)10個周期以后，模糊重復控制系統(tǒng)對于正弦波輸入和水錘波輸入的周期綜合誤差分別比傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)降低了99％和87％，相對誤差分別降低了54％和40％。
　　第六章，概況了全文的主要研究工作和成果，并展望了今后需要