数字阀控缸位置伺服系统控制特性研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目数字阀控缸位置伺服系统控制特性研究作者姓名刘胜凯学科专业机械电子工程指导教师姚静副教授孔祥东教授2016年5月中图分类号：137学校代码：10216UDC：621密级：公开工学硕士学位论文数字阀控缸位置伺服系统控制特性研究硕士研究生：刘胜凯导师：姚静副教授副导师：孔祥东教授申请学位：工学硕士学科专业：机械电子工程所在单位：机械工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMechanicalandElectronicEngineeringTHERESEA

2、RCHONCONTROLCHARACTERISTICSOFDIGITALHYDRAULICVALVECONTROLCYLINDERPOSITIONSERVOSYSTEMByLiuShengkaiSupervisor:ViceProfessorYaoJingViceSupervisor:ProfessorKongXiangdongYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《数字阀控缸位置伺服系统控制特性研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得

3、的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日摘要摘要近几年，随着科技的进步，数字液压概念被提出。此后数字液压以其鲁棒性强、结构简单、可靠性高等优点受到了学术界的广泛关注，数字泵、数字阀、数字马达等如雨后春笋般映入人们眼帘。数字液压技术可分为高速开关和并行连接两类，并行连接技术存在成本和体积大等缺点，高速开关技术存在只能单边控制且控制精度差的缺点。本文对高速开关式数字阀静动态特性进行仿真和测试研究，并用该阀组成

4、数字阀控缸位置伺服系统，对其控制特性进行研究，针对数字阀控缸位置伺服系统控制精度差的问题，采用神经网络和PID组成前馈和反馈复合控制，对系统控制特性进行改善。为此，本文主要开展了以下几方面的研究：(1)数字阀建模及特性分析。采用数学建模的方法，得到包含电场力、磁场力、液动力并对阻碍力进行修正了的数字阀数学模型，运用MATLAB/Simulink搭建仿真模型，搭建数字阀性能测试实验台，对其动静态特性进行仿真和测试研究。仿真和测试结果表明：数字阀得电响应时间随供油压力的减小而减小，失电响应时间随供油压力的减小而增大；数字阀流量特性的线性度较好，死区随供油

5、压力的减小而减小，饱和区随供油压力的减小而增大；通过仿真和实验对比，验证数字阀数学模型是正确的，为进一步研究提供基础。(2)数字阀控缸位置伺服系统建模及分析。将单个数字阀和换向阀配合使用，组成数字阀控缸位置伺服系统，建立其数学模型，并在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型，并进行相关实验研究，仿真和实验结果表明：数字阀控缸位置伺服系统控制精度与数字阀工作频率有关，随着工作频率的提高，其位置控制精度和瞬态响应特性均提高。(3)数字阀控缸位置伺服系统高精度控制方法研究。将CMAC控制算法和PID结合，CMAC实现前馈控制，PID实现反馈控制，组成

6、CMAC-PID复合控制，并将其运用到数字阀控缸位置伺服系统中。仿真和实验结果表明：系统的瞬态响应特性得到了显著提高，系统的稳态精度亦得到了显著提高，稳态误差控制在±0.1mm以内；工作频率对系统稳态精度的影响很小。关键词：数字液压；数字阀控缸伺服系统；位置控制；智能控制算法-I-燕山大学工学硕士学位论文AbstractRecentyears,withthedevelopmentofscienceandtechnology,theconceptofdigitalhydraulichasbeenproporsed.Thereafterbecauseof

7、theadvantagesofitsstrongrobust,simplestructure,highreliabilitythedigitalhydraulichasbeenreceivedwidelyattentionfromtheacademic.Thedigitalpump,digitalvalve,digitalmotormushroomedcatchespeople'seyes.Digitalhydraulictechnologycouldbedividedintotwotypesofhighspeedswitchingandparall

8、elconnection.Buttheparallelconnectiontechnologywasexpe