在中大型挖掘机电液伺服系统中存在复杂耦合非线性、模型不确定性,以及外部载荷不确定性等因素,都会造成挖掘机轨迹跟踪误差大,导致电液伺服系统的动态性能差。针对这一问题,提出了一种基于互联和阻尼分配(IDA)框架的反演控制器,以提高挖掘机工作装置在挖掘任务中的跟踪性能,并加强其鲁棒性。首先,利用先导阀、阀控非对称缸和阀控非对称缸模型构建了电液伺服系统的状态空间模型,并进一步基于哈密顿理论将该状态空间模型构造为具有扰动的三阶开环端口哈密顿系统(pH)。根据从pH系统中获得的互联矩阵和阻尼矩阵结构,逐步设计了虚拟控制信号,得到了控制律;然后,构造了一个匹配方程,以简化在其他系统上的设计和计算过程,并将期望的能量函数作为候选李雅普诺夫函数,根据李雅普诺夫稳定性定理证明了闭环系统在期望轨迹上的收敛性和稳定...

针对电液伺服双缸同步系统的控制复杂、非线性强等问题,提出了一种反步控制算法,利用半实物仿真技术完成电液伺服同步系统的同步精度和反步法控制器的仿真验证工作。首先,对电液伺服双缸同步系统数学模型进行了研究,根据阀控缸基本方程和横梁动力学方程,推导了电液伺服同步系统非线性状态空间方程,利用坐标变换,将方程整理成矩阵形式以及严格反馈形式,满足了反步法控制律的应用条件;然后,根据李雅普诺夫稳定性理论和反步法控制原理,推导了电液伺服双缸同步系统的反步法控制律,编写了C语言程序设计反步法控制器;最后,由工控机和研华USB-4704数据采集卡组成的半实物仿真平台,完成了电液伺服双缸同步系统反步法控制策略的试验。研究结果表明反步法控制电液伺服双缸同步控制系统,相比于常规PID控制,液压缸实际位移与期望位移误差更小...

针对五对置柱塞泵曲轴在实际工况下存在的失效、共振问题,以五对置柱塞泵曲轴为例,采用理论分析和有限元分析的方法,对曲轴进行了仿真分析、结构优化和强度校核。首先,采用了ANSYS有限元分析法,研究了5DW150/16对置式柱塞泵曲轴多工况下的应力应变云图与模态响应云图,分析了曲轴不同工况下的危险截面和共振问题;然后,采用了支撑结构优化与响应面法优化两种优化方法,研究了支撑方式与结构参数对曲轴应力应变的影响;最后,采用了理论公式强度校核方法,对优化前后的曲轴是否满足设计要求进行了验证。研究结果表明五拐两支撑结构曲轴的危险截面出现在曲柄销的过渡圆角处,不会出现共振现象;采用全支撑结构增强了曲轴的抗冲击能力,降低了曲轴的颤动,提高了整体载荷能力,保证了泵的平稳运行;采用响应面法优化后的曲轴,最大等效应力减小了15...

针对下肢外骨骼预定轨迹的控制问题,在构建了二自由度机械腿的运动学和动力学模型的基础上,提出了一种非对称液压缸负载力、伸缩量与外骨骼转动扭矩、运动角度的转化关系,采用反步法控制下肢外骨骼系统的运动轨迹。首先,采用D-H法建立了二自由度下肢外骨骼系统的运动学模型,研究了外骨骼末端执行器关节速度的变化关系,并利用拉格朗日动力学方程推导了外骨骼动力学的数学模型;然后,使用了液压缸负载力控制为机械腿运动提供了相应的扭矩,进而控制了下肢外骨骼的运动姿态;其次,针对下肢外骨骼运动时的高精度要求,利用反步法控制理论,建立了阀控非对称缸系统,结合下肢外骨骼动力学系统整体的状态空间方程,利用下肢外骨骼液压伺服系统控制了下肢外骨骼进行预定轨迹运动;最后,对AMESim软件与Visual Studio软件进行了联合仿真,对比分析了PID...

阻尼孔广泛用于各种液压机械系统,其孔径通常在0.3 mm到2 mm之间,这种微小流道的流动不同于常规管道,壁面粗糙度对其流动特性有重要的影响。针对这一问题,以安装在液压电磁换向阀中的阻尼孔为研究对象,采用均值孔隙介质层(PML)模拟了阻尼孔的壁面粗糙度。首先,建立了阻尼孔的物理模型,使用ICEM CFD软件对模型进行了网格划分;然后,构建了流体控制方程以及PML动量方程,求解出了黏性阻力系数和惯性阻力系数;最后,采用了流体仿真软件Fluent,分析了壁面粗糙度对阻尼孔流体流动特性、流体完全发展距离长度以及流体温升的影响。研究结果表明仿真所得阻力特性与文献中实验所得阻力特性结果一样,采用PML表征壁面粗糙度的方法可行;由于壁面粗糙度,阻尼孔中的流体受到的阻力增大,导致从阻尼孔入口至出口压降增加了2.25%;相同边界条件下,含PML的阻尼孔比...

某型号的十字节装运输车做耐久试验进行到70 h时,十字节密封圈开始漏油。针对这一问题,对十字节密封圈的失效模式进行了研究,对其结构参数进行了优化设计。首先,通过对比试验前、后密封圈唇口轮廓曲线,对十字节密封圈的失效原因进行了分析,从而确认了漏油原因;然后,以唇口的应力、温度和径向变形为目标值,对密封圈的结构参数(唇口的接触形式、接触角度、唇厚度和过盈量)进行了规律性研究,得到了各参数最优的取值范围;以唇口的应力和温度为目标值,对唇厚度和过盈量进行了极差分析,得到了各参数的贡献度;最后,根据研究内容确定了优化方向,完成了新结构的设计,并选了3组试制样件进行了试验,对优化后结构的密封性能进行了验证。研究结果表明;耐久试验进行100 h后,优化后的密封圈漏油量均小于1 g,满足试验标准,并解决了漏油问题;该研究可...

针对传统刚性机器人关节在安全性和适应性方面明显不足等问题,基于磁流变技术提出了一种新型机器人柔顺关节原理,在传统的机器人关节刚性结构内部嵌入了磁流变传动机构,使其成为一种兼具刚性和柔性的关节结构。利用电磁仿真软件Ansoft Maxwell建立了磁流变液柔顺关节的仿真模型,进行了参数化设计。建立了柔顺关节可变刚度模型以及传递转角的运动学模型,并利用Matlab对理论模型进行了验证。仿真结果表明,关节输出转矩随着线圈电流的增大而近似线性增大;在相同时间内,当输入电流越大,转动角度越大,而且当工作时间增加后,转动角度的增幅增大。

针对人机交互中刚性机器人关节在碰撞中的冲击力会对人产生危害的问题,对磁流变液变刚度传动装置进行了设计、建模和实验分析,提出了一种基于多盘式磁流变液传动的柔性关节。首先建立了传动装置传递的转矩数学模型,利用Matlab对各影响参数进行了仿真分析;然后根据仿真结果设计了磁流变液传动结构,利用磁场有限元仿真软件Ansoft Maxwell对磁路进行了验证;最后,搭建了实验平台,对磁流变液传动装置输出转矩进行了实验测试。研究结果表明:磁流变液传动装置能有效传递扭矩,输出扭矩与输入磁场强度的线性度好、响应快,传动特性能满足对机器人关节的使用要求。

蓄能器是液压系统中的重要辅件.详细介绍了蓄能器的分类及其功用对典型的液压源回路和带蓄能器的液压源回路的性能及其流量进行了比较.结果表明配置蓄能器的液压源回路具有明显的节能效果.

针对变转速泵控马达调速系统稳速控制问题建立了定量泵-变量马达调速系统数学模型。以数学模型为基础考虑了系统变转速动力输入时变性和随机性对系统稳速输出的干扰提出了前馈补偿控制方法并对其数学模型进行了推导分析得到了系统前馈补偿控制传递函数框图。该方法以系统流量为中间控制变量通过定量泵扰动转速引起的系统流量变化实时补偿变量马达摆角以实现系统稳速输出。以燕山大学泵控马达实验平台为基础采用变频电机驱动定量泵实现了系统变转速输入并以实验平台为基础搭建了Matlab/Simulink仿真平台最后对所提出的前馈补偿控制方法进行了仿真与实验研究。仿真和实验结果表明所提出的控制方法具有良好的控制效果为变转速泵控马达系统的工程应用奠定了基础。