大流量插裝式伺服閥的設計與控制方法研究.pdf

1、大流量插裝式伺服閥是很多重大機械裝備中電液控制系統的核心部件，譬如大型模鍛壓機、快鍛壓機、鋁合金壓鑄機等，目前很大程度上還依賴于進口。在以往的研究中，關于插裝式伺服閥與實際應用工況相匹配的參數設計方法、以及插裝式伺服閥控制器設計的研究較少，閥的性能潛力未能得到充分挖掘，性能進一步提升受到制約。本文將圍繞上述兩大問題，通過理論建模、仿真分析、實驗驗證相結合的方法展開研究，主要內容如下:
　　第一章，對大流量電液比例/伺服插裝式節(jié)流閥

2、的實現原理及其工程應用背景進行闡述。在分析了國內外相關技術研究現狀基礎上，提出了本文的主要研究內容。
　　第二章，對插裝式伺服閥結構參數優(yōu)化設計方法的研究。推導了與使用工況相匹配的主動式插裝伺服閥一系列結構參數的設計公式，平衡各項結構參數的相互制約關系。推導了主閥芯所受液壓力和液動力的理論公式和簡化計算公式，為先導控制腔的參數設計提供依據，并為后續(xù)控制器的設計提供了負載模型。
　　第三章，對伺服比例閥的整體性建模研究。建立了

3、電—機械轉換器的集中參數模型，體現了滯環(huán)、非線性電感等常見的電磁鐵非線性特征。建立了閥體機械運動部件的模型，通過直接測量與間接估算確定了各主要參數值。根據實驗擬合了穩(wěn)態(tài)液動力的數學模型。設計了開環(huán)和閉環(huán)兩種實驗測試方法，驗證了模型的有效性。通過零位處的線性化方法，獲取了閥的標稱模型，得到其傳遞函數及狀態(tài)空間表達式，以及各主要參數的線性化參數值及變動范圍。
　　第四章，對伺服比例閥的非線性滑?？刂品椒ㄑ芯?。根據伺服比例閥的標稱模型頻

4、響曲線，分析了曲線上各漸近線方程所代表的動力學約束，推導了這些約束與閥模型參數間的函數式，以此作為后續(xù)滑?？刂破髟O計的基礎。根據閥的各參數值和閥芯行程限制，采用了基于加加速度約束下、代表時間最優(yōu)階躍響應的非線性滑模面，并據此設計了滑?？刂葡到y。通過仿真和實驗分別測試了伺服比例閥的閥芯位置閉環(huán)階躍響應和頻率響應，并與閥原始配套的模擬PID控制器作了對比，從而驗證了上述滑?？刂破鞯男阅?。
　　第五章，對伺服比例閥的改進型滑?？刂品椒ㄑ?/p>

5、究。針對第四章的非線性滑?？刂破?，分析了其不足之處，并提出了多項改進方法。引入積分器以解決滑?？刂浦蟹€(wěn)態(tài)精度得不到保證的問題。提出了兩種速度前饋補償的方法，以提高閥芯的軌跡跟蹤能力。采用了高/低壓電源切換技術，進一步提升閥的動態(tài)響應。提出了對閥身自帶的LVDT位移傳感器改造的辦法，提取了閥芯運動的位移、速度和加速度信號全狀態(tài)反饋信號，并成功應用于滑?？刂浦?。設計了基于加速度和加加速度聯合約束下、代表時間最優(yōu)階躍響應的非線性滑模面，并設計

6、了相應的滑?？刂破?，給出了應用于實時控制中的實現準則和計算流程，實現了不同負載下滑模狀態(tài)的穩(wěn)定性和顯著增強的抗負載擾動能力。
　　第六章，大流量插裝式伺服閥的非線性控制方法研究。針對先導級伺服比例閥的頻響遠低于主級閥頻響的特點，忽略主閥芯動態(tài)，建立了插裝式伺服閥的簡化三階模型，并據此設計控制器。采用了基于模型補償的魯棒控制和反步控制方法(backstepping)改造系統的動力學方程、配置系統的極點;采用基于Lyapunov函數和