2D电液高速开关阀设计与实验

2D电液高速开关阀是采用具有双运动自由度阀芯的两级高速开关阀,该阀利用旋转电磁铁和拨杆拨叉机构驱动阀芯作旋转运动,实现导阀功能,由油液压力差推动阀芯作轴向移动,实现阀口的高速开启与关闭。为提高阀的动态特性,旋转电磁铁转子设计成3个52°叶片环形均布结构形式,拨杆拨叉对旋转电磁铁的输出转矩放大5倍。为测试2D高速开关阀的动态特性,设计了双摆轮和旋转电磁铁驱动2D高速开关阀两种实验方案。在建立数学模型和制作样机的基础上,对其动态特性进行了数字仿真和实验研究,仿真与实验研究结果吻合,2D高速开关阀的液压伺服螺旋机构具有很高的频响,当用旋转电磁铁驱动时,在28 MPa工作压力下,阀芯轴向行程为0.8 mm,开启时间约为18 ms,6 mm通径阀流量高达60 L/min。     

基于AMESim仿真的稳压阀差动连接液压系统优化

为了减缓传统差动连接液压系统中液压缸快进推动工件时产生的抖动现象,利用AMESim仿真软件,在传统差动连接液压系统模型中加入稳压阀,构建出稳压差动连接液压系统。通过设计对比试验,比较稳压差动连接液压系统与传统差动液压系统在液压缸推动工件或者空程时的压力波动,调整稳压阀等效开口直径,研究稳压阀参数对稳压差动连接液压系统的影响,确定最佳参数值。仿真结果表明:稳压差动连接液压系统在液压缸推动工件时,能明显减缓抖动现象;稳压阀等效开口直径设定为2.9 mm时,液压缸压力波动明显减弱;稳压阀等效开口直径从0.001 mm增大至5 mm过程中,液压缸进油口压力趋于平稳的时间花费先减少后增多,液压缸进油口压力波动先减弱后增强。稳压差动连接液压系统在液压缸稳定性上较传统差动连接液压系统实现了一定程度上的优化,理论上在投入生产后能够减轻能源的消耗,提高系统的稳定性,为二次开发提供参数参考和稳压阀在其他液压系统的仿真试验提供依据。      

斜坡渐扩形节流槽对比例阀微动特性影响研究

针对现有U形节流槽的比例阀在小开口处，阀口过流面积变化梯度较为剧烈、流量增益较大，导致比例阀在小开口时会产生启动不平稳、响应速度较慢和流量控制精度较低的问题，提出一种节流槽形状为斜坡渐扩形的新阀芯。通过理论计算和模拟仿真的方法，对比分析了U形节流槽和斜坡渐扩形节流槽的过流面积变化梯度以及不同阀口开度下的位移特性、流量特性和阀口流动特性。由仿真结果可知，相较于U形节流槽，斜坡渐扩形节流槽在阀口开度为1mm时，阀芯位移响应时间缩短0.04s；在阀口开度为2mm时，阀芯位移响应时间缩短0.07s。且斜坡渐扩形节流槽在阀口开度较小时，稳态液动力更小，流动状态更稳定，造成的流动损耗也更小。最后进行了试验验证，由试验结果可知，斜坡渐扩形节流槽阀芯位移响应时间缩短0.08s，且阀芯流量响应特性曲线的线性度更好。通过对仿真和试验结果的对比分析可知，当节流槽形状为斜坡渐扩形时，阀芯在小开口处过流面积变化梯度较小，流量增益较为平稳，从而提高了阀的启动平稳性、响应速度和流量控制精度，改善了比例阀微动特性。     

弓形和矩形先导级2D伺服阀动态特性分析

2D伺服阀基于螺旋伺服的原理将先导级和功率级集成在阀芯上,具有功率密度高和响应速度快的特点,其动态特性易受先导级节流口的影响。本文对弓形和矩形两种先导级结构的2D伺服阀动态特性及其结构参数对动态特性的影响进行研究。首先,阐述2D伺服阀的结构及工作原理,分别建立弓形和矩形先导级结构2D伺服阀的数学模型;然后,采用数值计算的方法对两种先导级结构2D伺服阀进行仿真分析,获得两者在不同结构参数(斜槽角β、先导级零位开口量h0)和不同工作压力ps下的阶跃响应特性;最后,搭建2D伺服阀的阶跃特性实验平台,获得弓形和矩形两种先导级结构2D伺服阀的阶跃特性实验曲线,并与仿真结果进行比较。结果表明,在相同结构参数(斜槽角β为82°、先导级零位开口量h_0为0. 02 mm)和20 MPa工作压力条件下,2D伺服阀采用矩形先导级结构将阀芯轴向位移对阀芯转角的阶跃响应时间,从弓形先导级结构的3. 4 ms缩短为1. 4 ms。将矩形先导级结构应用于以力矩马达作为电-机械转换器驱动阀芯旋转构成的2D电液伺服阀中,当阀芯轴向位移为0. 3 mm时,其阶跃响应时间为10 ms,基本满足2D电液伺服阀对响应速度的要求。     

高地隙自走式喷雾机多模式液压转向系统设计与试验

为提高高地隙喷雾机的机动性能和作业效率、减少压苗损伤,设计了基于PID控制算法的多模式液压转向系统。采用AMESim软件建立了机械-液压系统耦合模型,采用序列二次组合优化算法确定PID参数的最佳组合,并对不同负载力和负载质量下的系统控制精度进行仿真。仿真结果表明:当比例系数为19.087、积分时间常数为2.008、微分时间常数为0.032时,系统误差最小;前后液压缸负载力差值或负载质量变大,位移误差随之增大,最大误差为-2.18 mm,PID控制算法和压力补偿系统确保了变载荷下系统的控制精度。研制了多模式液压转向系统,进行了坡地和田间转向试验,田间试验时,前后轮转向液压缸之间平均位移误差为4.07 mm,最大误差为-17.59 mm;在坡度15°的路面上,前、后轮转向液压缸之间的平均位移误差为4.89 mm,最大误差为21.34 mm;在前轮转向和四轮转向模式下,不同外前轮转向角田间转向半径的实测值略均大于理论值,误差率均小于4.0%。试验结果验证了所设计的转向系统具有较高的控制精度和稳定性。     

一种电液换向阀的启动流场特性研究

电液换向阀是液压系统中实现方向控制的关键元件,阀的工作性能对液压系统影响很大。本文对国内某型大流量电液换向阀的进油工况进行研究,发现阀口压力损失原因为主阀阀口处流道方向和过流面积变化较大形成"流体阻尼孔"引起的局部压力损失,主阀芯存在径向不平衡力,靠近主阀芯阀口和内壁形成漩涡的区域流动稳定性最差。阀口锥角主要影响阀内容腔流体最高速度区域和压力的分布,随着阀口锥角增大,最高速度的分布区域增大,低压区域增多,流体压降增大,容易形成气穴和噪声等有害现象。     

大功率拖拉机电液提升器比例下降阀仿真与优化

为改善液压系统响应特性,提高控制精度,基于状态空间法,建立了大功率拖拉机电液提升器比例下降阀的动态数学模型及仿真模型,在Matlab/Simulink中进行仿真及参数优化设计,选用四阶龙格库塔算法,得到阀结构参数和性能参数对开闭过程、流量变化动态特性的影响.最终确定先导阀阻尼孔直径为1.0mm,主阀阻尼孔直径为1.2 mm,主阀大端直径为20 mm,先导阀阀芯直径为8 mm.     

流量控制式ECHPS系统转阀结构参数优化设计

在流量控制式电控液压助力转向系统(ECHPS)中,转阀结构参数对系统的可变助力特性有重要的影响.应用液阻网络理论对系统的等效通流面积和助力特性进行了分析.建立了转阀阀口通流面积与转阀主要结构设计参数(小坡口宽度、小坡口圆弧偏心距、阀芯键宽、小坡口轴向长度)之间的数学关系.对转阀的主要结构参数进行了优化设计,优化前为0.9 mm、10 mm、5.76 mm和11 mm,优化后为1.115 mm、4.626 mm、5.652 mm和4.499 mm.仿真计算结果表明优化后可变助力特性范围由1.2升为3,低速转向时最大手力达到了4 N·m.     

流量稳定阀的动静态性能

为了研究一种补偿阀芯前置式流量稳定阀的静态和动态性能,计算了主阀腔平衡压力p1,发现在稳定阀其他节流参数不变的情况下其值可以看作是系统输入压力p0与负载压力p2的线性组合;并在此基础上得出了补偿阀芯位移率Δxpc/xpc与静态参数之间的物理模型.利用AMESim液压系统开发库HCD建立了流量稳定阀动态模型,分析了不同参数对其动态性能的影响,结果表明：增大p0可以提高负载运行效率,并使外部和内部反馈压力差增大,但同时会造成负载运行不稳定;增大负载质量M,内部和外部的反馈压力差会下降,但负载动态稳定性得到一定的改善.增大弹簧刚度K,负载动态变化过程开始时间会延迟,且负载运行趋向不稳定;K的变化会影响内部反馈压力差,但对外部反馈压力差的稳态值几乎无影响;补偿阀芯左侧圆柱面直径dt对负载动态性能的影响很小.     

基于生物金属纤维的微小流量气动阀

设计了一种新型气动微型伺服阀.该伺服阀的电-机械转换由一种新型的形状记忆合金(SMA)-生物金属纤维(BMF)实现.通过实验,研究了BMF100的输出位移与负载特性,在0.1 N载荷、10 V驱动电压范围内,其电压滞环为0.2 V;在1.0 N载荷、11 V驱动电压范围内,其电压滞环为0.4 V.利用CATIA软件建立了伺服阀的三维模型,利用有限元分析方法对阀芯的应力及应变特性进行了仿真研究.伺服阀阶跃响应仿真研究表明,伺服阀输出压力的上升时间为0.3 s,输出流量的上升时间为1.6 s.     

两级电液伺服位置控制研究

为解决大负载、长行程位置控制系统中不能同时满足伺服缸活塞杆工作行程与控制精度的问题,提出了速度开环控制加传统的位置闭环控制的控制策略。在速度开环控制中比例调速阀控制调速缸,解决了工作行程不能太大的问题;在位置闭环控制中比例伺服阀控制伺服缸,解决了控制精度低的问题。此外为了解决设定位移经常变动和超调量过大问题,在位置闭环控制系统的PID控制器中分别采用了微分先行和积分分离控制算法。仿真结果验证了该策略的可行性与有效性。     

风力发电变频水泵智能控制策略研究

针对风力发电机和逆变器的特点,给出了风能变频水泵的两输入两输出耦合系统时变模型结构。保持逆变器输入电压恒定的前提下,扰动逆变器输出交流电的频率来实现风力发电机的最大功率跟踪。根据解耦和神经网络的思想,采用两个回归神经网络（DRNN）在线调整两个PID控制器的参数,一个神经元解耦补偿器完成系统的解耦,实现了不依赖于对象模型的自适应PID解耦控制。计算机仿真结果验证了该控制策略可行性,这为以后进一步研究奠定了基础。      

BP神经网络PID控制器在温室温度控制中的研究

为了更好地实现对温室温度的控制,本文设计出了一种BP神经网络PID控制器,提出了BP神经网络PID控制算法,并对该算法进行了分析,最后以温室温度为控制对象分别对常规PID控制器和BP神经网络PID控制器进行了大量仿真研究。结果表明,基于BP神经网络整定的PID控制器具有较强的自适应能力和鲁棒性,其控制品质优于常规PID控制器。     

并联机床伺服系统双自适应模糊滑模控制

以并联机床的单通道对称阀控非对称液压缸为研究对象,提出一种适合该系统的将模糊控制、滑模控制、自适应控制三者有机结合的双自适应模糊滑模控制算法.仿真结果表明,采用所提方法使系统的输出渐进一致地收敛于参考输入信号,解决了对称滑阀控非对称液压缸系统存在的动态性能不对称、系统精度低、稳定性差等问题,可有效快速跟踪变化信号,对有界的干扰和参数摄动具有不变性.与常规PID控制相比,双自适应模糊滑模控制更适合于高阶非线性、强干扰的复杂系统,将此法应用于并联机床的液压控制系统可提高机床控制精度,改善机床动态性能,稳态误差仅为常规PID控制的20％.     

基于模糊PID控制的甘蔗收割机刀盘仿形系统设计及仿真*

我国南方甘蔗种植地大多为丘陵、山地,地形复杂,甘蔗收割机在田间作业时,造成甘蔗宿根切割质量差。刀盘在竖直方向上能否较好地实现仿形直接影响甘蔗宿根的切割质量和刀具的寿命,在现有的甘蔗收割机中均未能很好的实现刀盘仿形。针对这一现象,设计一种基于模糊PID控制的刀盘仿形系统。该系统采用超声波用于测距,选定测距装置的位置,设计基于AT89C52单片机的控制系统,采用电液比例方向阀对液压缸进行控制,并提出一种基于模糊控制的PID算法,对液压缸的运动进行优化并进行仿真。仿真结果表明,相较于传统的PID控制,模糊PID控制超调量仅仅为6%,刀盘位移时间仅需0.15 s,之后系统便趋于稳定。     

装载机线控转向路感控制策略

设计了铰接式装载机线控转向系统，在分析装载机路感特性的基础上，提出系统控制策略，并设计了一种基于BP神经网络整定的自适应PID控制器，实现了PID参数的在线调整。仿真和实验结果表明，该控制器可使线控转向系统实现理想的路感特性。     

基于BP神经网络PID控制的主动悬架仿真分析

为研究主动悬架的控制算法,采用基于BP神经网络的一种自适应PID控制算法来搭建主动悬架控制系统。以某轿车车型为例,在Simulink软件中建立了以随机路面不平度激励作为系统输入的七自由度整车主动悬架仿真模型。将车身垂向加速度均方根、俯仰角加速度均方根、侧倾角加速度均方根作为主动悬架性能的评价指标进行时域及频域分析。由仿真结果可知,相比于传统的被动悬架,运用该控制算法的主动悬架可显著提升汽车的行驶稳定性与舒适性。     

基于BP神经网络PID的移栽机双闭环调速系统

为保证提高移栽机机械手行走速度的同时不失鲁棒性,选用直流电机作为驱动电机,并根据其动作时电流反馈、转速反馈、滤波、整流等多环节的传递函数简化模型设计了基于电流环和转速环的双闭环调速系统模型。引入BP神经网络自学习的控制策略,其中选取BP神经网络PID控制器取代转速环中的PI环节,并在MatLab中采用S函数嵌套控制器模块的方式搭建了基于直流电机双闭环系统仿真模型。结果表明:比较加入BP神经网络算法优化前后的双闭环调速系统响应曲线,优化后的模型超调量由4.3%降为0,过渡时间由2s以上缩短至2s,电机调速系统稳定性和鲁棒性得到提高,整排机械手启动时间更短、速度更快且能准确抓取目标。     

基于蝙蝠优化BP-PID算法的精准施肥控制系统研究

水肥一体化技术在棉花、小麦、番茄等大田农作物种植场景中的应用逐渐增多。当前能够快速有效调整大田农作物水肥一体化系统中肥料流量的控制算法研究较为有限。由于水肥一体化系统存在时变性、滞后性与非线性的特点,常见的PID与BP-PID控制算法无法获得预期的控制效果。为此设计一种基于蝙蝠算法（BA）优化的BP神经网络PID控制器。通过采用BA对BP神经网络的初始权值进行优化,加快了BP神经网络的自学习速度,实现对水肥一体化系统中肥料流量的快速精准控制,从而降低了超调量、提高了响应速度。同时,基于STM32单片机搭建了水肥一体化流量调节测试平台,并对该控制器的性能进行了试验验证。结果表明,与常规PID控制器和基于BP神经网络的PID控制器相比,所设计的控制器具有较高的控制精度和鲁棒性,降低了由时滞性、非线性等因素引起的影响。平均最大超调量为4.78%,平均调节时间为41.24s。特别是在施肥流量为0.6m3/h时,控制器表现出最佳的综合控制性能,达到了精准施肥的效果。     

基于DSP和神经网络PD的发电机励

介绍了一种基于DSP处理器,用BP神经网络智能算法自动整定PID控制参数的中小型同步发电机励磁控制系统。该系统解决了农用水利发电机组励磁控制因系统非线性，负荷变化不确定性，农村技术力量薄弱等原因造成系统的调试、运行难的问题。