基于非对称阀控非对称液压缸的前馈干扰补偿器设计
基于前馈补偿的助力器负载模拟方法研究

基于前馈补偿的助力器负载模拟方法研究摘要:论文讨论了一种助力器的负载模拟器。
该负载模拟器采用了被动式的电液力伺服系统。
文中设计了模拟器的结构,推到了系统的数学模型,并在此基础上设计了基于前馈补偿的控制器。
试验结果表明,该系统和控制方法能够很好的对助力器进行负载模拟试验。
关键词:负载模拟电液力伺服数学模型前馈补偿助力器是一种广泛应用于车辆、工程机械、飞行器等设备上的,能够实现驱动功能的传动组件。
助力器的负载模拟试验是在实验室条件下模拟助力器所受的力载荷,用以检验助力器在工作条件下的承载能力。
因此研究助力器的负载模拟方法,可以达到缩短研制周期、节约研究经费、提高可靠性和成功率的目的,有着很好的工程应用价值[1-2]。
论文研究了一种基于电液力伺服系统的负载模拟器,并研究了该负载模拟器的控制方法,试验结果表明使用了该控制方法的负载模拟器能够精确的模拟出助力器的力载荷情况。
1 负载模拟器结构及数学模型电液力伺服控制系统利用电液伺服阀对液压执行机构进行有效的控制,综合了电气和液压两个方面的优点。
按其负载模拟方式的不同,通常可以分为两种类型:一类是主动式,其试验对象在负载模拟过程中保持相对静止,所以这类系统的结构比较简单,控制也比较容易;另一类是对有主动运动的物体进行负载模拟,称为被动式,这类系统由于试验对象运动参量的干扰,使系统结构复杂,分析和设计都比较困难。
本文讨论的负载模拟系统属于后者[3~5]。
(如图1) 所示的即为电液力伺服系统结构示意图。
图中,整个系统固定于台架之上。
右半部分为负载模拟系统,由液压缸、伺服阀、液压源等机构组成。
液压缸作为负载模拟系统的模拟力输出工具。
液压源为液压缸的运动提供动力,伺服阀受控于计算机控制系统,操纵液压缸的运动。
左半部分为试验对象。
根据负载模拟系统结构图,画出电液力伺服系统的原理方框图。
如图2所示,u为输入指令信号,F为系统的实际输出力。
根据系统的原理方框图所示,分析系统各部分的传递函数。
基于SIMULINK的阀控非对称液压缸系统的研究

中图分类号:THl37.8
文献标识码:A
文章编号:1672—8904(2008}01—0003-003
1引 言
在现代化工业生产中,非对称液压缸具有占用 空间小、加工密封简单、制造成本低等的优点,因而 在一些精度要求不太高的场合得到了广泛的应用。 笔者在建立阀控非对称液压缸的数学模型的基础 上,引入了闭环PID位置控制,并利用MATLAB中 的SIMULINK模块库仿真与分析研究其控制性能。
效作用面积之差导致了液压缸活塞杆外伸与内缩
时一些参数的改变,因此,应分别对液压缸活塞杆
外伸与内缩进行分析研究(本文仅以活塞杆外伸为
例进行了仿真分析,有关活塞杆内缩的情况读者可 根据下述方法自行设计仿真,在此不再赘述)。在这
一液压伺服系统中,我们尝试从阀的负载压力一流
量特性、油缸负载流量方程和液压缸的力方程三方
综上所述的结论,搭建系统的SIMULINK模型 如图4所示。由于系统外负载力为不定参量,所以 可用随机模块来表示。为了能更好地说明系统的准 确性,系统仿真过程中分别使用了正弦信号、阶跃 信号以及方波信号作为系统的输入信号来进行系 统的仿真,其仿真结果如图5、图6、×104
控
图3阀控非对称液压缸控制系统方框图
4仿真
‘。 ‘。~i根据式(4)所得公式代入表(1)所示数据并经
整理得:
Y—.
1.66x106
U
s3+8.23s2+9604s
Y
一0.00083s一0.0067
凡
s3+8.2382+9604s
本文中,我们采用的是增量式PID控制器。在
设计该控制器的过程中,我们对控制器的比例系数 K,,积分系数Ki以及微分系数Kd进行了调节,从 而提高了系统的稳定性、响应速度、超调量以及稳 态精度。在研究过程中,我们采用试凑法选取了 Kp=0.020、Ki=O.003以及Kd=O.00 1。
基于对称四通阀控非对称液压缸的电液比例位置控制系统建模与仿真

N L = pLQL = (p1 - p2 ) (Q1 + Q 2 ) /2
( 2)
设液压缸的输出功率 N c 为
N c= FLv
( 3)
式中: FL 为液压缸负载, F L = A 1p1 - A2 p2;
v为液压缸活塞的运动速度, v = Q1 /A1 = Q2 /A2。 令 N = N c - N L, 由式 ( 1)、 ( 2 )、 ( 3) 可得
所以, 可以将比例放大器和比例方向阀结合起来 看成一个比例环节, 传递函数为
X v = K aU 1 2 阀控非对称液压缸的数学模型
阀控动力机构是
电液 比 例 位置 控 制 系 统的 关 键 元 件, 其 特 性对 系 统 的性 能 有 很 大的 影 响, 因 此 必 须 对其 建 立 线性 化 的 数 学模 型。 阀 控 动 力 机 构示意图如图 2所示。 下面 将 以 活塞 正 向 运 图 2 阀控非对称缸机构示意图
1 电液比例位置控制系统的数学模型 电液比例位置 控制系 统由控 制器、比 例放 大器、
比例方向阀、液压缸、负载以及位移传感器组成, 如 图 1所示。
图 1 电液比例位置控制系统组成示意图
1 1 比例放大器和比例方向阀数学模型的简化 由于在系统工作频率范围内起主导作用的是阀控
缸动力机构环节, 其固有频率一般是系统中的最低转 折频率, 而比例方向节流阀的转折频率由比例阀本身 的特性决定, 其转折频率往往远远高于阀控液压缸的 转折频率。
基于Simulink模型阀控非对称缸系统动态特性分析

14
常 州 信 息 职 业 技 术 学 院 学 报
2008年 8月
无杆腔 :
Q2
=
-
V2
β
e
d p2 dt
- dV2 dt
- cec p2
+ cic ( p1 - p2 )
=
-
(V20 - A2 y) β
dp2 dt
+A2
dy dt
-
cec p2
+ cic
pL )
( 13 )
Cd w xv Kc+ =
当 xv < 0时 :
ρ( 1
2 + m3 )
( ps
-
pL )
2 ( ps - pL )
Kq- = Cd w
ρ( 1
2 + m3 )
(m ps
+ pL )
( 14 ) ( 15 )
Cd w xv Kc- =
ρ( 1
2 + m3 )
(m ps
+ pL )
A1 , A2 无杆腔和有杆腔的有效作用面积 , m2 ; m
为常数 。
液压缸在稳态时总能满足力平衡方程和流量连
续性方程 :
p1 A1 - p2 A2 = FL
(2)
Q1 A1
=
Q2 A2
即
Q2
= mQ1
(3)
式中 p1 ———液压缸无杆腔的压力 , Pa;
p2 ———液压缸有杆腔的压力 , Pa;
Key words : Simulink model; valve controlled asymmetric cylinder; dynam ic p roperty; simulation
阀控非对称缸电液伺服系统线性自抗扰控制

问题,本文提出了一种电液伺服系统线性自抗扰控制方法,利用线性扩张状态观测器实现综合扰动的实
时估计,并采用状态误差反馈控制律给予主动补偿,同时消除跟踪误差。证明了设计的线性扩张状态观
测器状态观测误差的收敛性。根据工程实际中的参数进行仿真研究,其结果表明这种控制方法能有效
抑制电液伺服系统中不确定性扰动,与PIT控制器相比具有较强的鲁棒性,并提高了位置跟踪精度。
181
匹配线性未知参数与非线性未知参数之间的耦合
问题,仿真 了该方法的有。方
[14]针
对电液位 服 存在的非线性、参数
问题,给出了 [15]为
自适应动态面控 设计方法O
电液控
中非线性不
数
的 ,提出了 滑模自适应控制方
,通过构建 的Lyapncov函数,设计了
自
适应控,给出了参数自适应律, 控 能oGDOURAEK等〔心 电液
收稿日期:201852-55 基金项目:山西省煤机重点科技攻关项目(MJ2014-02) 作者简介:金坤善(1778 -),男,博士研究生,主要研究方向为锻压设备及其先进控制技术;通信作者:宋建丽教授,E-maU:
sovgjianC@ bistu. edn. cn.
第44卷第3期
金坤善,等:阀控非对称缸电液伺服系统线性自抗扰控制
对称不均等的负叠合比例阀控非对称缸系统的控制方法[发明专利]
![对称不均等的负叠合比例阀控非对称缸系统的控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/444b4ff7370cba1aa8114431b90d6c85ec3a880c.png)
专利名称:对称不均等的负叠合比例阀控非对称缸系统的控制方法
专利类型:发明专利
发明人:曾乐,李红章,刘金荣,许文斌,杨俊,谭建平
申请号:CN202110795482.4
申请日:20210714
公开号:CN113431816B
公开日:
20220415
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明提供一种对称不均等的负叠合比例阀控非对称缸系统的控制方法,包括以下步骤:获取基于模型变换的对称不均等的负叠合比例阀控非对称缸系统的输入信号;对输入信号进行补偿得到补偿后的输入信号,具体是:获取该系统在零速状态时的输入信号;基于零速状态时的输入信号获取对称不均等的负叠合比例阀控非对称缸系统的补偿信号;结合输入信号和补偿信号获得补偿后的输入信号。
应用本发明的技术方案,推导了对称不均等负叠合的阀控非对称缸系统理论零点模型,在阀控非对称缸系统的模型变换控制基础上提出了零点在线补偿控制方法,使得阀控非对称缸系统的响应对称,且消除了零点偏移导致的稳态误差,有效提高比例阀控非对称缸系统的控制精度。
申请人:长沙航空职业技术学院
地址:410000 湖南省长沙市雨花区暮石路999号
国籍:CN
代理机构:长沙七源专利代理事务所(普通合伙)
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非对称伺服阀在阀控缸电液伺服系统中的应用

非对称伺服阀在阀控缸电液伺服系统中的应用摘要:非对称液压缸具有占用空间小、制造简单、成本低等优点,在液压系统中得到广泛应用。
但是,在液压伺服系统中,特别是在零开度伺服阀控制的阀控缸系统中,由于非对称液压缸活塞两侧的承载面积不同,当伺服阀芯在零开度附近摆动时,液压缸的两个腔室交替供油,活塞的运动方向交替变化。
此时液压缸的两个腔室会产生突然的压力跳变,导致系统振荡、爆炸,不仅影响系统的稳定性,还会导致系统无法正常工作,甚至导致液压。
在使用计算机仿真设计液压系统时,这个问题很容易被忽略,导致设计失败。
关键词:伺服阀;不对称液压缸;三通阀;分析一个实际零开口对称伺服阀控不对称液压缸的液压系统设计案例,对对称阀控制不对称液压缸进行了不相容性分析,明确系统产生“爆振”的原因,以及提出该设计失败后的改进方案。
一、对称四通伺服阀控制不对称液压缸可行性1.对称四通伺服阀控制不对称液压缸方程推导。
对称四通伺服阀控制不对称液压缸如图1所示。
图1对称四通伺服阀控制不对称液压缸图1中,L1、A1为液压缸无杆腔行程和有效工作面积;L2、A2为液压缸有杆腔行程和有效工作面积;V1、V2分别为液压缸无杆腔和有杆腔容积;p1、p2分别为液压缸无杆腔和有杆腔压力;vp1、vp2分别为活塞杆伸出与退回速度;∑F1、∑F2分别为活塞杆伸出时负载和退回时负载;q1、q2分别为液压缸无杆腔流量和有杆腔流量;q3为活塞杆外伸时伺服阀的回油流量;q4为活塞杆退回时伺服阀的回油流量;a1、a2、a3、a4为四通伺服阀各节流口的通流截面积;xp为液压缸活塞的位移;mt为活塞及其刚性联接件、油液及负载等效到活塞上的总质量;BP为活塞和负载的黏性阻尼系数;ps为四通伺服阀进油压力;xv为四通伺服阀阀芯位移。
当四通伺服阀为对称零开口阀时,为简化分析,不考虑油液的可压缩性和液压缸的泄漏,假设∑F为液压缸活塞上的总负载,FL为外负载,FC为摩擦力。
2.仿真设计的误区。
直驱电力液压缸的轴向非对称阀的优化研究

直驱电力液压缸的轴向非对称阀的优化研究随着机械制造技术的不断发展,液压技术在工业生产中也得到了越来越广泛的应用。
而直驱电力液压缸作为一种新型驱动方式,其具有速度快、精度高、稳定性好、噪音小等优点,受到了越来越多企业的青睐。
然而,液压缸内部的阀门控制系统对其性能影响极大,特别是轴向非对称阀的设计与性能优化,是目前研究的热点之一。
一、直驱电力液压缸的工作原理直驱电力液压缸由电机、液压泵、液压缸和控制系统等几个部分组成。
其工作原理类似于传统的液压缸,不同之处在于直驱电力液压缸不需要传统的液压控制阀,而是通过直接控制液压缸内的阀门来实现液压控制。
具体来说,当电机启动时,通过液压泵将油液导入液压缸的阀门控制系统,对阀门进行控制,从而实现液压缸的伸缩运动。
由于直驱电力液压缸内部不需要传统的液压控制阀,其结构简单,运动速度和定位精度高,特别适用于高速、高精度的机床等自动化装备中。
二、轴向非对称阀的结构与工作特点轴向非对称阀相对于传统的轴向对称阀,其阀芯和阀座的布局不对称,从而在液压系统中的特性表现出了许多独特的性能特点。
首先,轴向非对称阀的流量范围大,能够满足液压系统在不同负载下的需求。
其次,阀芯和阀座的布局不对称,在控制高速流动时更加精准,反应更快,定位精度更高。
此外,轴向非对称阀在工作时噪音较小,使得其在高速运动的机器人等领域得以广泛应用。
三、轴向非对称阀的优化设计方案为了进一步优化直驱电力液压缸的轴向非对称阀的性能,需要根据实际应用需求进行结构与工艺优化。
具体来说,如下几个方面是非常值得注意的。
首先,针对轴向非对称阀自身的结构特点,需要在阀芯和阀座设计上进行优化,以缩小阀芯与阀座的间隙,提高流体密封性,降低泄漏率。
其次,在轴向非对称阀材料的选择上,需要考虑材料的强度、硬度、韧性和抗疲劳性等多个因素,以保证阀门在高负载环境下的稳定性和耐久性。
另外,对于直驱电力液压缸的控制系统,需要采用高精度的传感器和精准的调节算法,保证液压力控制的精度和稳定性。
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号采集 电路相结合 ,以完成对无人 区域的信息采 集,它将会对这 些区域 的研 究作 出重要的贡献。 它主要 由发射 电路和接收电路 组成 。发射 电路 由传感器 ,模/ 数转
出现 的 。信 道 编码 器 处于 系统 的发 送 端 , 信 道译 码 器处 于接 收 端 ,它们 的作 用 是解 决 数字 通 信 的可靠 性 问题 。将 数字 基 带信
P T 2 2 6 2 编 码 器 件对 8 位 二进 制 代码 进 行 编 码 。 因为A / D 转 换器A D C 0 8 0 9 将 模拟 信 号转 换 成 的 是8 为 二 进 制代 码 ,而 我采 用 的编 码 器件 P T 2 2 6 2 一 次 只能 发 送4 位 数据 ,所 以在 这 里采 用 了 两 片P T 2 2 6 2 ,对 8 位 二 进
I 一 鳗 廛 …………………………一
小 功 率成都机 电学校 庞 大斌
【 摘要 】无 线数据传输 已广泛地运 用在 工业数据 采集系统、安全防火系统、无线遥控系统、 生物信号采集 、机器人控制 、数据通信 、数字音 频、数字图像传 输等
号 调 制 到 高 频 信 号 上 的 过 程 称 为 数 字 调 制 。 它 的主要 功 能是 提高 信 号在信 道 上 的 传 输 效率 ,或 是达 到 信号 复用 的 目的,或 是 减少传 输 引起 的失真 。 信道 是用 于传 输 信 号 的通 道 。具 体 的
的时候 也采 用 两片P T 2 2 7 2 。数 据信 号 同 时 接 到两 片P T 2 2 7 2 的数 据信 号输 入端 。数据 通 过P T 2 2 7 2 之后 ,将 串行 数据 变换 为 并行 数 据 。 因为进 行 了地址 编 码 ,所 以并 不会 造 成接 收 数据 的混 乱 , 只有具 有相 同地 址 T 2 2 6 2 和P T 2 2 7 2 才会 进 行数 据传 输 。 就 可 以得 到 1 K H z 的时 钟 脉冲 。信 号从 第 2 码 的P J f A T 8 9 C 5 I 的P O 口,通 过 脚E N 端输 入 ,从 第 6 脚Q 3 端 输 出 ,这 时 输 然 后 将 数据 传 送  ̄ 出的频率为1 O O K H z ,然 后 再 将 1 O O K H z 输 单 片机 编 程 来 实 现 二 进 制 与 十 进 制 的转 入第i 0 脚,从第 1 4 脚 输 出 , 输 出 频 率 为 换 ,将 经 过转 换 的数据 传 送 ̄ J i p l 口。在 P 1 1 0 K H z ,再 将信 号输 入第 2 片C D 4 5 1 8 ,从 第 口接有 数码 管 ,进 行显示 。 6  ̄ J Q 3 端输 出I K H z 的时钟脉 冲 。 3 . 发 射电 路 ( 3 ) 脉冲 采样 电路 如图l 所 示 ,A / D 转 换器 A D C 0 8 0 9 将模 脉 冲 采 样 电 路我 采 用 的 是 由5 5 5 定 时 拟 信 号 转 换 成 的是 8 为 二进 制 代 码 , 而采 器 构成 的 多谐 振荡 器 。 由于该 电路 比较 简 用 的编 码器 件 P T 2 2 6 2 一次 只能 发送 4 位 数 T 2 2 6 2 ,对 8 单 ,波 形 比较 稳 定 ,是 5 5 5 定 时 器 的典 型 据 ,所 以在 这 里 采 用 了两 片 P
很广 ,但 其技术 含量 较高 。 供 通 路 ,又 给信 号传输 造成 限制 与损 害。 发 射 部 分 的 电 路 工 作 原 理 是 , 由传 数 字通 信 的基 本特 征 是把 数字 信 号作 信 号在 传输 过程 中还会 受 到各种 干 扰 感 器 采集 O ~5 v 的模 拟信 号 ,然 后通 过 将 为载 体 来传 送信 息 ,他 传 输 的信号 是 “ 离 ( 或 噪声 )的损 害 。这种 干 扰来 自系统 的 模 拟 信 号输 入 A / D 转 换器 ,将 模拟 信 号 转 散 ”或 “ 数 字 ” 的,数 字 通信 系统 是 一种 内部 和外部 。 换 为8 位 二 进 制 代 码 。接 下 来 采 用 的 是 传输 数 字信 号 的系 统 。或 者说 它是 利 用数 对 数字 通信 系 统 ,信 息的传 输 与接 收 字信 号来 传输信 息 的通信 系统 。 是一 个节 拍接 一 个节 拍地 发 送 与接 收 ,收 信 息源 简 称为 信源 ,是产 生和 发 出信 发 的步调 必 须一 致 ,这 是 由同步 系 统来 保 息信 号 的人 或机 器 。 受信 者又 称为 信 息宿 证 的。 1 . 单元 电路的设 计 与调试 或信 宿 ,是 通信 系 统 的终 端设 备 ,是 用来 接 收信 号 并还 原为 相应 信 息 的人或 机 器 。 ( 1 ) 时钟 振荡 电路 需 要 注 意 的 是 , 无 论 是 将 信 息 变 换 为 信 由 于A D C 0 8 0 9 要 正 常 工 作 需 要 提 供 号 ,还 是将 信 号变 换 为信 息 ,这两 种 变换 1 K H z 的时钟 脉冲 到第 1 O 脚 ,采用 的是 1 M H z 都 必须 是 线性 的 ,否 则将 不可 能在 终 端还 的石 英 晶体 振荡 器 ,石 英 晶体产 生 的频 率 原 出原来 的信 息 。 是 固定 的 ,误差 较 小 ,还可 以通过 半可 变 发 送 设 备 包 含 信 源 编 码 器 、 信 道 编 电 容 来 校 正 。然 后 通 过 分 频 就 可 以得 到 码器 、和数 字 调制 器 ;接 收设 备包 含 数字 1 K H z 的时钟 脉冲 。 解 调器 、信 道 译码 器 和信 源译 码器 。信源 ( 2 ) 分频 电路 分 频器 采用 的 是C D 4 5 1 8 ,因为 他可 以 编码 器 的作 用 是将 信源 输 出 的信 号变 换成 适 合于 数 字通 信系 统 处理 和传 输 的数 字信 进行 二 分频 , 四分 频 ,八分 频 和十 分频 , M H z 的石 英 晶体 振 荡 器 经 过 三 次 十 分 频 号 。信 道 编码 与译 码在 通 信系 统 中是 成对 1
换电路 ,编码电路 ,发射模块组成 ;接收 电路 由接收模块,解码 电路 ,显示 电路组成。 【 关键 词】模/ 数转换 ; P T 2 2 6 2 / 2 2 7 2 编解码 集成器件 ;3 1 5 M收发模块 ;A T 8 9 C 5 1
2 l 世 纪是 信 息时代 ,各种 电信 新 技术 说 ,它是 由有线 或无 线 线路 为信 号传 输 提 不 o 推动 了人类 文 明 的进步 。 目前 无线 通信 虽 供 的一条 通道 。抽 象的 说 ,它是 指 允许 信 2 . 无 线数 字收 发系 统 的整 机调 试 与组 得 到 了广泛 使用 ,技术 上 比较 先进 ,用户 号通 过 的一段 频 带 。信道 既给信 号传 输 提 装
制 代码 的 高4 位 和 低4 位 分 别进 行发 送 ,采 用 一片 发射模 块 。 接 收 部分 的工 作 原理 是 ,在接 收模 块 接 收到 数 据后 ,将 数据 传送  ̄ J i P T 2 2 7 2 的第 l 4 脚数 据 信 号输入 端 。 同样 ,因 为在 发送 的时候 采 用 的是两 片P T 2 2 6 2 ,所 以在 接 收